全球首個活體機器人生娃！100％青蛙基因，殺不死，可繁衍四世

新智元報導

編輯：桃子、David

【新智元導讀】活體機器人「生娃」？全球首次，實屬罕見！2020年1月，美國科學家利用從青蛙胚胎中提取的活細胞，創造出全球首個活體機器人Xenobot。現在，這個活體機器人可以像「吃豆人」一樣繁殖。

全球首次，實屬罕見！

在生孩子這件事兒上，美國科學家創造了奇跡：讓機器人「生娃」。

你沒看錯，世界上第一個「活體機器人」正在繁衍...

當這些酷似「吃豆人」的機器人「父母」在環境中移動時，它們會在「嘴巴」中收集數百個幹細胞。

隨著時間的推移，這些幹細胞會聚集在一起，形成機器人寶寶，發育成熟之後，看起來就像它們的父母一樣。

這是由來自佛蒙特大學、塔夫茨大學以及哈佛大學 Wyss研究所的科學家們發現的一種全新生物繁殖形式，並創造了有史以來第一個「自我複製」的活體機器人。

目前，這項研究已於10月22日發表在 PNAS 上。

該研究的合著者、塔夫茨大學的資深科學家 Douglas Blackiston 表示，「長期以來，人們一直認為我們已經找到了生命可以繁殖或複製的所有方式。但這次我們的發現是之前從未見過的。」

全球首次！活體機器人「生娃」

本來，非洲爪蟾蛙的這些胚胎細胞會發育成皮膚。但它會擋在蝌蚪的外面，阻擋病原體並重新分配粘液。

研究人員這次將這些胚胎細胞置於一個新的環境下，讓其有機會重新利用這個「多細胞性」。

這次，這些胚胎細胞要發育的目標和皮膚大不相同。

「這些青蛙細胞的複製方式與以往大不相同。科學上已知的任何動植物都不會以這種方式複製」，這項新研究的主要作者 Sam Kriegman 博士說。

最初，由大約 3000 個細胞組成的爪蟾機器人（Xenobot）親本形成了一個球體。大約 3 天后，球體外表面上會形成纖毛。

當產生的成熟細胞群處於培養皿中約 60000 個分離的幹細胞中時，它們的集體運動將一些細胞推到一堆。

如果這個「堆」足夠大，這些細胞群就能發育成會游泳、帶纖毛的後代。如果分離幹細胞更多，則會產生更多的後代。

不過，這個複製過程最多持續兩輪。是否會停止取決於適合青蛙胚胎發育的溫度範圍、解離細胞的濃度、成熟生物的數量和隨機行為、溶液的粘度、培養皿的幾何形狀表面，以及汙染的可能性。

確實，就像研究論文作者之一Sam Kriegman 博士所說：「這些機器人可以生孩子，但之後這個複製系統很快就會消亡。要讓系統繼續複製非常困難」。

看來，球體結構不利於機器人的生殖系統的複製，怎麽辦？試試別的形狀！

這正是AI入場的好時候。

通過 Deep Green 超級計算機集群上運行的AI程序，進化算法在模擬中對數十億種形狀進行了測試——三角形、正方形、金字塔、海星形——讓細胞在複製中的效率更高。

研究人員使用一種進化算法，從隨機群開始，進化出具有增加自我複製能力的細胞群。（ FG = 給定群體實現的子代數。小數部分表示群體距離實現另一輪複製的距離。）

這個進化試驗中最成功的世系起源於一個球體，它構建的樁不超過 74% 自我複製所需的大小閾值。

爪蟾機器人（Xenobot）能夠在培養皿中找到微小的幹細胞並將數百個幹細胞聚集在「嘴」(指C型的缺口) 裡，幾天后這組幹細胞就會裂變成新的爪蟾機器人。

「我們利用超算弄清楚了如何調整最初父母親本的形狀。經過幾個月努力，AI想出了一些奇怪的設計，包括一個類似於「吃豆人」的形狀。這種設計相當違反直覺，它看起來很簡單，但人類工程師想不出來。」Sam Kriegman說。

比如，為什麽是一張嘴？為什麽不是5張嘴？不過，形狀雖然看起來有點奇怪，但效果很好。經測試，這個「吃豆人」形狀大大延長了Xenobot 機器人複製系統的壽命。

實驗表明，在經歷AI算法篩選出的「吃豆人」形狀下，機器人的自我複製系統壽命，由最多2代增加到了4代。

現在，這些機器人的兒子能生孫子，孫子又生了曾孫，繁殖還在繼續......

眾所周知，運動學複製在分子水準上是眾所周知的，但以前從未在整個細胞或生物體的尺度上觀察到。

Douglas表示，「我們已經發現，在生命系統中存在著一個未知的空間。我們如何去探索那個空間？我們發現了會走路的機器人；我們發現了會游泳的機器人。現在，我們又發現了可以運動、可以自我複製的異形機器人。未來還會有什麽發現呢?」

誠如研究人員所說，「在生命的表面之下，還隱藏著更多令人驚訝的行為，等待我們去發現。」

回顧：可編程「活體機器人」的誕生

大多數人都會認為機器人是由金屬和陶瓷製成的，不過爪蟾機器人同時也是由青蛙細胞製造的有機體。

2020年，還是這群美國科學家，首次利用從青蛙胚胎中提取的活細胞，創造出第一個有生命的機器。

這些毫米級的「活體機器人」（xenobots）可以朝目標移動，也可以攜帶一個有效載荷（例如需要運送到患者體內特定位置的藥物），還能在切割後自行愈合。

在UVM的超級計算機集群上進行了數月的處理之後，該團隊（包括主要作者和博士生Sam Kriegman）使用了一種進化算法，為新的生命形式創建了數千個候選設計。

為了完成科學家們布置的任務，比如朝一個方向移動，計算機會一遍又一遍地將幾百個模擬細胞重組成各種形狀和體型。

從隨機構造開始

首先，他們采集非洲爪蟾（學名「Xenopus laevis」）胚胎中的幹細胞，並將它們分離成單個細胞，然後進行孵化。

接著，使用微型鑷子和一個更小的電極，將細胞切割並在顯微鏡下連接到計算機所指定的設計中。

這些細胞組裝成自然界中從未見過的身體形態，開始協同工作。

皮膚細胞形成了一個更被動的結構，而心肌細胞曾經的隨機收縮被用於創造有序的向前運動，這是在計算機設計的指導下，並借助於自發的自組織模式，使機器人能夠自行移動。

此外，在實驗中，科學家就將活體機器人切開兩半，觀察究竟會發生什麽。

Bongard表示，「我們發現，它會把自己重新縫合起來，然後繼續前進。這是一般機器無法做到的。」

論文合著者Levin表示，這些青蛙細胞可以被打造成有趣的新的生物形式，與它們的原有解剖結構完全不同。

構建活體活體機器人，是邁向破解所謂「形態學代碼」的一小步，更是向著更深入了解生物的整體組織方式，及其計算和存儲信息的方式邁出了一大步。

機器人「生娃」，恐懼？興奮？

美國科學家首次實現了讓活體機器人繁育，有些人可能會覺得這令人振奮。

Bongard表示，「我們正在努力理解這個屬性: 複製。世界和技術正在迅速變化，對於整個社會而言，我們研究並理解這種現象是如何發生的，這一點非常重要。」

團隊的目標是加快人們從認識問題到給出解決方案的轉變速度，比如利用活體機器人把塑料微粒從下水道中拉出來，或者製造新的藥物。

研究團隊看到了活體機器人朝著再生醫學發展的前景。

Levin解釋道，「如果我們知道如何告訴細胞集合做我們想讓它們做的事情，最終，那就是再生醫學，比如創傷性損傷、出生缺陷、癌症和衰老的解決方案。這些問題的存在是因為我們不知道們不知道如何預測和控制細胞群的構建。」

然而，有些人可能會對可自我複製的生物技術的概念感到擔憂，甚至感到恐懼，比如一些網友。

「人類覆滅將至，感謝天網」。

Xenobot：我會轉圈、會繁殖。

人類：它們會殺了我們。

俗話說得好，「今天轉轉圈，明天 T1000」。

不知你是否看過《異星災變》（Raised by Wolves）這部科幻美劇，一個Mother，一個Father ，這2個機器人授命在一個神秘星球撫育人類後代，

劇情演變到最後，機器人母親懷孕，生出了一個像蛇又像鰻魚的奇怪物種。

看來，機器人生娃這件事還真是不敢恭維...不知各位網友，是期待多一點，還是害怕多一點？