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【文/觀察者網(wǎng)  程小康】2020年1月13日，全球頂級期刊《美國科學(xué)院院報》（PNAS）發(fā)表了一項新的重磅研究：美國科學(xué)家利用從青蛙胚胎中提取的活細胞，創(chuàng)造出第一個毫米級“活體可編程機器人”。

世界首個用細胞制作的活體機器人，已經(jīng)誕生。不用金屬、塑料打造，而是采用細胞重組，科幻電影《終結(jié)者2》中的T-1000反派角色似乎是迎面撲來。

截圖自《美國科學(xué)院院報》官網(wǎng)

100%的青蛙細胞組成的機器人

這項研究是由美國佛蒙特大學(xué)（University of Vermont，簡稱UVM）計算機科學(xué)系教授約書亞·邦加（Josh Bongard）的團隊主導(dǎo)。論文一作是山姆·克里格曼（Sam Kriegman），佛蒙特大學(xué)博士研究生，致力于進化機器人的研究。組裝機器人的工作，主要由塔夫茨大學(xué)（Tufts University）生物系教授邁克爾·萊文（Michael Levin）團隊完成。

論文的通訊作者約書亞·邦加

簡單來說，這款“活體機器人”是由100%青蛙細胞所創(chuàng)造出的新生命個體——非金屬非機械結(jié)構(gòu)、非單細胞生物體，是一種新的活體可編程生物。

在進化算法的幫助下，科學(xué)家用非洲爪蟾皮膚細胞和心臟細胞造出了一種新型“活體機器人”，并將其命名為xenobots（爪蟾拉丁名“Xenopus laevis”和機器人“robots”兩個詞的結(jié)合）。

這種機器人擁有兩個“短腿”，能依靠自主力量朝目標(biāo)移動。最關(guān)鍵的一點，其自身被損壞或撕裂后，還能自行復(fù)制和修復(fù)。

為了能讓xenobots按照科學(xué)家制定的方式移動，研究團隊在UVM的Vermont Advanced Computing Core的Deep Green超級計算機集群上進行了數(shù)月的處理，并使用了一種進化算法為xenobots創(chuàng)建了數(shù)千個候選設(shè)計。

通過計算機一遍又一遍的將數(shù)百個模擬細胞重新組裝成無數(shù)種無數(shù)種形式和體型，科學(xué)家確定了最優(yōu)的設(shè)計方案。

接下來，研究團隊將測試從計算機轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實中。先從爪蟾胚胎中提取了干細胞，然后使干細胞分化成能夠自然收縮的心臟細胞和無法收縮的皮膚細胞。利用細胞天生容易與其他細胞結(jié)合的特性，將這兩種成分結(jié)合在一起。

上方藍綠色方塊代表被動細胞，下方時紅時綠方塊則代表主動收縮細胞

在顯微鏡下，這些小小的“肉團”似得機器人在液體中忙個不停。只要往其中滴入一些細胞碎屑，它們就會將碎屑聚攏成一堆。如果在某個“肉團”的背上輕彈一下，它就會立即躺倒，像只四腳朝天的烏龜。

截圖自《美國科學(xué)院院報》官網(wǎng)

揭示細胞合作“謎團”  《終結(jié)者2》中T-1000成為可能？

Xenobots四處移動時，研究人員可以觀察其獨特的結(jié)構(gòu)和行為之間的對應(yīng)關(guān)系，包括細胞的排列方式和的整體形狀等。這些觀察到的信息交由計算機科學(xué)家處理，構(gòu)建虛擬模型，供數(shù)字版本的Xenobots在其中活動。

研究團隊再利用類似自然選擇過程的進化算法，觀察Xenobots的結(jié)構(gòu)對它們的生存有何影響，什么結(jié)構(gòu)的Xenobots才是自然選擇中的“適者”。

細胞間的合作方式向來是“一大謎團”，參與此次研究的塔夫茨大學(xué)發(fā)展生物物理學(xué)家邁克爾·萊文（Michael Levin）表示“我們最感興趣的是，細胞是如何通過合作、組成特定功能結(jié)構(gòu)的”。

一旦弄清了這一點，科學(xué)家也許還能進一步發(fā)掘更多細胞的神秘潛能。目前的類人機器人通常由一系列笨重的零件構(gòu)成，最后組成一個可以四處移動的機器人。但人體遠比這種組合方式智能得多，細胞之間可以相互交流、構(gòu)成組織、器官和整個人體。