全球首个用细胞做成的活体机器人,已经诞生了。
不是设想,不是科幻,是实实在在登上顶级期刊的科学研究。
视频 | 生物细胞机器人可以自愈。(来源:佛蒙特大学)
这项研究来自美国佛蒙特大学、塔夫茨大学和哈佛大学科学家的合作,论文标题为《用于设计可重构生物体的可扩展性管线研究》,发表在 2020 年 1 月 14 日(北京时间)的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。通讯作者系佛蒙特大学计算机科学系教授乔什 · 邦加德(Josh Bongard)。
论文通讯作者约书亚·邦加(Joshua Bongard)说:
它们既不是传统的机器人,也不是已知的动物物种。这是一种活的、可编程的有机体。
合著者迈克尔·莱文(Michael Levin)也表示:
这是全新的生命形式。它们从未在地球上出现过。
这些机器人,被命名为Xenobots。
研究者认为,其在水性介质中行动的特性,展示了未来无限的可能性:清理海洋中的微塑料污染,作为可生物降解的药物输送机器人等等。
但当它被展示在大众面前时,立即引起了许多人的恐慌。
是的,有科幻电影《异形》、《异星觉醒》内味了。网友纷纷表示:吓死我了。
外媒《连线》则用四个字来形容:毛骨悚然。
这个名叫Xenobot的“异形机器人”,长度不到1毫米,是非洲爪蛙心脏细胞(收缩细胞)和表皮细胞(被动细胞)的结合。
结合的依据,是佛蒙特大学的超级计算机集群Deep Green设计出来的模型。
研究人员在这个具有20000台笔记本电脑计算能力的集群上演算了一种进化算法。
在反复试验当中,用类似自然选择的方式,将性能较差的模型设计剔除。
研究人员先将胚胎细胞切开。
细胞被切开的两个部分,单独进行培养。
而后将二者慢慢进行重建。
最后,按照超级计算机模拟出来的设计,用镊子和电极对这个重塑的细胞进行“雕琢”。
所重塑的细胞形状各异,有的是楔形,有的是拱形。
在下图中,顶部的绿色部分是被动细胞,而底部红、绿交替的部分便是主动细胞。
△绿色为表皮细胞,红色为心脏细胞
通过心脏细胞产生的收缩,Xenobot能在水性介质中移动。
△已调整为8倍速
不单单能直线行进,也能转圈圈。
不同于金属、塑料打造的机器人,Xenobot是完全可生物降解的。
并且,它还具有自我修复能力。
论文通讯作者Joshua Bongard介绍:
我们把机器人切成了两半,结果它不仅能把自己缝合起来,其后还能继续活动。
有趣的是,如果你将这个机器人翻转过来,它就像乌龟翻了个个儿背朝下,会失去移动能力。
这个研究还有望揭开细胞之间通讯的奥秘。
生物体形态和功能的关系一直是重大科学问题,其中细胞通讯很是关键。要知道,细胞通讯不限于神经元之间,而是存在于其它细胞之间。这些通讯是通过生物电、生物化学和生物力学来实现的。
这个研究对于了解生命程序很有帮助。《卫报》报道说,研究参与者、塔夫茨大学再生与发育生物学中心主任迈克尔 · 列文(Michael Levin)教授认为,如果人类对控制生命的生长和形态有足够了解的话,那么出生缺陷、癌症和衰老等难题就有望解决。列文实验室主要通过实验和建模来研究细胞通讯和组织形态的关系,以及细胞通讯在胚胎发育过程中的分子机制。
乔什 · 邦加德(Josh Bongard),佛蒙特大学计算机科学系教授,研究重点是进化机器人技术,进化计算和物理模拟。他负责形态学、进化与认知实验室,其工作重点是形态学和进化在认知中的作用。他希望纳入生物进化的机制,制造出复杂的自动进化的能解决复杂问题的机器人。
他于 2007 年分别获得 “微软学者” 奖学金和《麻省理工科技评论》35 岁以下的 35 位年轻创新者之一,2010 年获得奥巴马颁发的总统科学家和工程师早期职业奖(PECASE)。
他于 1997 年获得加拿大麦克马斯特大学计算机科学学士学位,于 1999 年获得英国萨塞克斯大学进化与自适应系统硕士,2003 年获得瑞士苏黎世大学信息学系博士学位。
论文地址:
https://www.pnas.org/content/early/2020/01/07/1910837117
Github项目:
https://github.com/skriegman/reconfigurable_organisms