21世紀經濟報道

數十億年來，生物體爲了延續生命，已經進化出多種繁衍方式。

近日，美國佛蒙特大學和塔夫茨大學的研究團隊發現了一種全新的生物繁殖方式，並利用這一發現創造了有史以來第一個可自我繁殖的活體機器人——Xenobots 3.0，未來或可爲外傷、先天缺陷、癌症、衰老等提供更直接、更個性化的藥物治療。研究結果發表在29日《美國國家科學院院刊》上。

去年，該研究團隊用非洲爪蟾早期胚胎中的皮膚和心臟細胞組裝成一種全新的生命形式，創造出全球首個活體機器人“Xenobots（異種機器人）”。它們可在耗盡能量之前獨立移動約一週，同時可自我修復並自然分解。

非洲爪蟾，圖：中國科學院·《生命世界》雜誌

今年3月，Xenobots 2.0活體機器人問世，其能夠使用像頭髮一樣的纖毛“腿”自行推進，在一個表面上快速移動。此外，它還有記錄信息的能力。

此次全新升級的Xenobots 3.0僅有毫米寬度，既不是傳統的機器人，也不是一種動物，而是活的、可編程的有機體。

異形機器人收集細胞，繁衍後代 官方圖

那麼它們的“自我繁殖”是什麼意思？

研究人員發現，如果將足夠多的異種機器人放置在培養皿中彼此靠近，它們會聚集並開始將其他漂浮在溶液中的單個幹細胞堆疊起來。

於是，多達數百個幹細胞在它們如同喫豆人形狀的“嘴”中組裝了“嬰兒”異種機器人。幾天後，這些“嬰兒”就會變成外觀和動作都跟母體一樣的新異種機器人。然後這些新的Xenobots可再次出去尋找細胞，並建立自己的“副本”，就這樣週而復始，不斷複製。

AI設計的喫豆人形狀的“母體”生物（紅色），旁邊是被壓縮成球狀的幹細胞——“後代”（綠色）。圖片來源：道格拉斯·布萊克斯頓和山姆·克雷格曼

可繁衍四代

人工智能居功至偉

剛開始時，上述複製過程最多持續兩輪。論文作者之一山姆·克雷格曼博士所說：“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”。

瓶頸之中，人工智能“居功至偉”。原本，異形機器人的母體由大約3000個細胞組成，是一個球體，沒有辦法“系統性地繁殖”。通過佛蒙特大學Deep Green超算集羣上的人工智能程序模擬，測試了數十億種體型，其中包括三角形、正方形、海星的形狀等等，目的是爲了讓異形機器人更有效地進行運動學複製。

“我們利用超算弄清楚瞭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‘喫豆人‘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。”山姆·克雷格曼說。

克里格曼將這一設計提交給了另一名研究人員道格·布萊里斯頓（Doug Blackiston），最終他設計出了這些喫豆人形狀的機器人。“然後這些父母創造孩子，孩子創造孫子，孫子創造重孫．．．．．．．正確的設計，極大地延長了後代的數量。”

該研究主要作者、美國佛蒙特大學計算機科學和機器人學教授喬什·邦加德說，異種機器人最初是球形的，由大約3000個細胞組成。分子水平上的動力學複製是衆所周知的，但以前從未在整個細胞或生物體的水平上觀察到過，而此次Xenobots 3.0的複製正是運用了這一機制。

Xenobots 3.0的設計團隊（左起）：喬西·邦加德，佛蒙特大學；邁克爾·萊辛，塔夫茨大學和哈佛大學Wyss研究所；道格拉斯？布萊克斯頓，塔夫茨大學；山姆·克雷格曼，塔夫茨大學和哈佛大學Wyss研究所。圖片來源：塔夫茨大學

全新生命形式！

全球首個活體機器人去年誕生

去年年初，美國佛蒙特大學的研究者使用進化算法研製了一種名爲“Xenobot”的生物機器人。它由生物細胞構成，而且可進行編程修改、自由移動，甚至即使被切開也能夠自動癒合。

該項驚人研究發表在頂級期刊《美國科學院院報》（PNAS）上，論文通訊作者約書亞·邦加（Joshua Bongard）說：

“它們既不是傳統的機器人，也不是已知的動物物種。這是一種活的、可編程的有機體。”

合著者邁克爾·萊文（Michael Levin）也表示：

“這是全新的生命形式。它們從未在地球上出現過。”

Levin還表示，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。

這個名叫Xenobot的“異形機器人”，長度不到1毫米，是非洲爪蛙心臟細胞（收縮細胞）和表皮細胞（被動細胞）的結合。

結合的依據是佛蒙特大學的超級計算機集羣Deep Green設計出來的模型。研究人員在這個具有20000檯筆記本電腦計算能力的集羣上演算了一種進化算法。在反覆試驗當中，用類似自然選擇的方式，將性能較差的模型設計剔除。

製作過程：

研究人員先將胚胎細胞切開。

細胞被切開的兩個部分，單獨進行培養。

而後將二者慢慢進行重建。

最後，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”。

通過心臟細胞產生的收縮，Xenobot能在水性介質中移動。

△已調整爲8倍速

以下是Xenobot生物機器人的效果展示：顯微鏡下正在緩慢移動的 Xenobot。

Xenobots 能夠集體行動（轉圈圈）

不同於金屬、塑料打造的機器人，Xenobot是完全可生物降解的。並且，它還具有自我修復能力。論文通訊作者介紹：“我們把機器人切成了兩半，結果它不僅能把自己縫合起來，其後還能繼續活動。”

上面是一年前Xenobot的誕生過程。而一年之後的今天，這個活體機器人進化到能“生娃”了。

全球首個活體機器人，會自我繁衍了！切開也能自動癒合，網友：毛骨悚然！

惹倫理爭議

網友：毛骨悚然

去年的異形機器人，已經在科學界製造出倫理上的爭議。

此番異形機器人學會自我繁衍的消息一出，更是引來輿論界的喧譁，網友紛紛表示受到驚嚇，有人擔憂異形機器人會突破管制，反噬人類。

“這纔是生化危機新篇章”  

“本想做食豆人，卻做出了食人豆”

“這特麼哪裏算是機器。。。這tm是生物”

“都可以繁殖了還能叫機器人？以後有思維有繁殖能力再給它增強各項機能，就是個新物種了，小心聰明反被聰明誤”

“我一聽到他們說這東西被完全控制在實驗室裏就覺得害怕”

“這不就是生化武器？跟機器人有什麼關係”  

“好傢伙，生化危機9—終結者”

“毛骨悚然啊，我怎麼這麼害怕呢”

“我去，我真的很尊重科學，但我真的很害怕了”（摘自微博網友評論）

對於輿論爭議，邦加德回應說，這些毫米級別的異形機器人目前都在實驗室中，很容易被銷燬。並且，聯邦、州和學術機構的倫理專家已對此審查。

邦加德認爲，真正讓人擔憂的，其實是現實世界。“我們有一種道德責任感去了解，在什麼樣的情況下我們可以控制它，引導它還是澆滅它。”

他稱目前世界面臨的新冠疫情，以及環境問題，異形機器人都有能力解決。“我們提出解決方案的速度至關重要。如果我們可以從異形機器人中吸取經驗，繼續開發技術，那麼未來我們可以利用人工智能創造新的生物工具，這將非常有用但也需要很長的時間．．．．．．比如利用生物機器人從水中提取微塑料或製造新藥物。”

此外，研究團隊還從異形機器人中看到了再生醫學的前景，這是解決創傷損傷、出生缺陷乃至攻克癌症和衰老的方法之一。

來 源 | 科技日報、觀察者網、新智元、機器之心、公開資料