昨天，追蹤君發(fā)布了關(guān)于全球首例活體機器人的文章，引起了很多朋友的討論，內(nèi)容詳見：《火種還是魔盒？世界上第一個可編程的活體機器人誕生》、《全球首例活體機器人誕生了！可編程、可進化、可自愈，這是希望的火種還是災難的魔盒？》。
今天，追蹤君再來揭秘一下這個活體機器人究竟是如何被研發(fā)出來的。
在說活體機器人之前，我們先來看下美國未來生命研究所創(chuàng)始人邁克斯·泰格馬克的《生命3.0》，看下他對于生命形態(tài)的三種劃分。
邁克斯在書中闡述，生命1.0這類生命系統(tǒng)不能重新設計自己的軟件和硬件，其軟硬件由dna決定，只能由漫長而緩慢的進化來實現(xiàn)，地球現(xiàn)存的大多數(shù)動植物都屬于這類。
等到生命進階到2.0階段，這類生命系統(tǒng)雖然還是不能升級硬件，但卻產(chǎn)生了智識，能夠通過不斷的學習掌握更多的技能，升級自己的軟件系統(tǒng)來應對環(huán)境的變化，而硬件部分就是仍需要漫長的時間來進化，毫無疑問，目前的人類正處于這樣的階段。
而假使生命邁入3.0階段，系統(tǒng)則能不斷升級自己的軟件和硬件，不用等待許多代的緩慢進化。邁克斯表示，未來的人工智能或許將成為生命3.0的代表。
用進化算法設計出模型 用生物技術(shù)篩選出最終的細胞機器人
這次報道出來的活體機器人xenobot長度不到1毫米，取自非洲爪蛙胚胎中的干細胞，由非洲爪蛙心臟細胞（收縮細胞）和表皮細胞（被動細胞）結(jié)合而成。
圖左為超級計算機的模型，圖右為實際的細胞機器人
佛蒙特大學的研發(fā)人員先借助具有20000臺電腦計算能力的超級計算機集群，通過進化算法，模擬出多代、數(shù)千個候選設計的進化進程，然后再從這些設計中最終篩選出了可定向移動的機器人形態(tài)。
計算機設計模型的過程和原理：
在研究人員的設定下，憑借超級計算機集群強大的算力，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。
當程序運行時（受有關(guān)青蛙皮膚和心臟細胞可以做什么的生物物理基本規(guī)則的驅(qū)動），更成功的模擬有機體被保留和完善，而失敗的設計被淘汰。在算法獨立運行一百次之后，選出了最有前途的設計進行測試。
具體而言就是，計算機首先利用500到1000個虛擬細胞創(chuàng)建出一組隨機設計的生物體，每種設計都有皮膚細胞和心肌細胞的隨機排列?；谛募〖毎麜园l(fā)收縮和舒張（劃重點：這是細胞運動的引擎），被設計出的生物體有定向移動的可能。
如果這些心肌細胞收縮和舒張行為協(xié)調(diào)得好，極少數(shù)雛形就會產(chǎn)生微弱的運動能力。那么研究人員就將這些攜帶運動能力的雛形進一步復制，其下一代有可能會出現(xiàn)移動速度更快的版本。
活體機器人模型轉(zhuǎn)化成生命體的過程：
研究人員先從爪蛙胚胎干細胞中分化出不能活動的表皮細胞（被動細胞）和能夠自主收縮的心臟細胞（收縮細胞）。
將胚胎細胞切開并分開培養(yǎng)。
然后分開培養(yǎng)的細胞進行重組。
最后，按照超級計算機模擬出來的設計，用鑷子和電極對這個重塑的細胞進行“雕琢”，并對具有運動能力的雛形進一步復制和篩選，如此反復復制多代后就會出現(xiàn)能快速移動的機器人版本。
研究人員表示，這種運動來自計算機的設計。據(jù)稱，將這個細胞機器人進行翻轉(zhuǎn)后，它就像烏龜翻轉(zhuǎn)過來一樣四腳朝天不再運動?！斑@說明向前運動是人工設計的結(jié)果，而不是來自偶然?！?/p>
震驚！被切開不僅能自愈還能繼續(xù)運動
非洲爪蟾的細胞本身并不特殊，但其組成的這個生物體卻表現(xiàn)出了生物活體的行為。這個可編程細胞機器人不僅能維持形態(tài)，還能在遭受破壞時自我修復。
被切開后自愈
在實驗中，科學家就將活體機器人切開兩半，觀察究竟會發(fā)生什么。計算機科學家和機器人專家bongard說：“我們發(fā)現(xiàn)，它會把自己重新縫合起來，然后繼續(xù)前進。這是一般機器無法做到的?！?/p>
研究人員表示，目前活體機器人可在水性環(huán)境中存活長達 10 天，并能移動而無需額外補充營養(yǎng)。一些機器人可直線前行，一些機器人可繞圈。
物體運輸
測試表明，有的細胞機器人可以自發(fā)地在中間凹陷形成一個中心孔，那么就可將顆粒物聚集到中心位置。研究人員說，這意味著該機器人有進行藥物遞送的潛力。
研發(fā)人員表示，未來希望能夠?qū)崿F(xiàn)用哺乳動物細胞來創(chuàng)造出“可能有血管、神經(jīng)系統(tǒng)、感覺細胞、眼睛的”機器人。那么問題就會隨之而來，如果生物細胞機器人產(chǎn)生神經(jīng)系統(tǒng)和感知系統(tǒng)的話，就要涉及倫理問題了。
不過，這次的研究對于揭開細胞之間通訊的奧秘具有重大的意義，生物體形態(tài)和功能的關(guān)系一直是重大科學問題，其中細胞通訊很是關(guān)鍵。
同時，《衛(wèi)報》報道說，研究參與者、塔夫茨大學再生與發(fā)育生物學中心主任邁克爾 · 列文（michael levin）教授認為，如果人類對控制生命的生長和形態(tài)有足夠了解的話，那么出生缺陷、癌癥和衰老等難題就有望解決。列文實驗室主要通過實驗和建模來研究細胞通訊和組織形態(tài)的關(guān)系，以及細胞通訊在胚胎發(fā)育過程中的分子機制。
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文/寒春暮雪
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