北京時(shí)間1月15日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，在進(jìn)化算法的幫助下，科學(xué)家用非洲爪蟾的皮膚細(xì)胞和心臟細(xì)胞造出了一種新型“活體機(jī)器人”，將其命名為xenobots（爪蟾拉丁名“Xenopus laevis”和機(jī)器人“robots”兩個(gè)詞的結(jié)合）。在顯微鏡下，這些小小的“肉團(tuán)”在液體中忙個(gè)不停，時(shí)而向前，時(shí)而往后，時(shí)而轉(zhuǎn)圈圈。只要往其中滴入一些細(xì)胞碎屑，它們就會將碎屑聚攏成一堆。如果在某個(gè)小“肉團(tuán)”的背上輕彈一下，它就會立即躺倒，像只四腳朝天的烏龜。
圖為xenobots從一些顆粒物中穿過時(shí)留下的痕跡。這些由細(xì)胞構(gòu)成的簡單機(jī)器人可以表現(xiàn)出十分復(fù)雜的行為。
它們的行為令人聯(lián)想起追逐獵物的扁蟲和水熊蟲。水熊蟲體型雖小，卻五臟俱全，能完成一系列復(fù)雜行為，但這些xenobots與水熊蟲并不是一回事，畢竟它只包含兩種成分：爪蟾的皮膚細(xì)胞和心臟細(xì)胞。
研究人員希望這種由收縮細(xì)胞和被動(dòng)細(xì)胞構(gòu)成的新型生物體、以及它們的奇特行為可以幫助科學(xué)家揭開細(xì)胞交流之謎。
此次研究的共同作者、塔夫茨大學(xué)發(fā)展生物物理學(xué)家邁克爾·萊文指出，細(xì)胞之間的合作方式向來是“一大謎團(tuán)”。“我們最感興趣的是，細(xì)胞究竟是如何通過合作、組成特定功能結(jié)構(gòu)的。”一旦弄清了這一點(diǎn)，他們也許還能更進(jìn)一步、發(fā)掘更多細(xì)胞的神秘潛能。
在細(xì)胞本身、以及一些高級算法的“幫助”下，萊文和同事們開始共同設(shè)計(jì)xenobots。他們先從爪蟾胚胎中提取了干細(xì)胞，然后使干細(xì)胞分化成能夠自然收縮的心臟細(xì)胞和無法自然收縮的皮膚細(xì)胞。接著，他們利用細(xì)胞天生容易與其它細(xì)胞結(jié)合的特性，在顯微鏡下將這兩種成分結(jié)合在一起。最后的成品形狀各異，有些像楔子，有些像拱門。在本文附帶的動(dòng)圖中，上方的藍(lán)綠色方塊代表被動(dòng)細(xì)胞，下方時(shí)紅時(shí)綠的方塊則代表主動(dòng)收縮細(xì)胞。
上方為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的機(jī)器人，下方為對應(yīng)的xenobots。
Xenobots四處移動(dòng)時(shí)，研究人員可以觀察其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與行為之間的對應(yīng)關(guān)系，包括細(xì)胞的排列方式和“肉團(tuán)”的整體形狀等等。他們將這些信息發(fā)給了一支由計(jì)算機(jī)科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)，后者據(jù)此搭建了一個(gè)虛擬模型，供數(shù)字版本的xenobots在其中活動(dòng)。接著，這些科學(xué)家運(yùn)用了類似于自然選擇過程的進(jìn)化算法，觀察xenobots的結(jié)構(gòu)對它們的生存有何影響。這套系統(tǒng)嘗試以多種方法操縱xenobots的設(shè)計(jì)，看看這些新設(shè)計(jì)會如何影響它們的功能。在模擬中能出色完成特定任務(wù)的xenobots會被定義為自然選擇中的“適者”，可以與其它表現(xiàn)出色的同類進(jìn)行交配，生成“進(jìn)化版”的新一代xenobots。
在此基礎(chǔ)上，萊文和同事們試著將這些數(shù)字設(shè)計(jì)變成現(xiàn)實(shí)。失敗的作品棄之不理，成功的作品則被發(fā)送給剛才提到的計(jì)算機(jī)科學(xué)家，讓他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)室人員了解到的信息進(jìn)一步調(diào)整模擬系統(tǒng)。
這些沒有大腦的“肉團(tuán)”的行為非常詭異。“它們會時(shí)不時(shí)地改變自己的運(yùn)動(dòng)方式。”萊文指出。如果遇上了其它單獨(dú)存在的細(xì)胞，它們便會將這些細(xì)胞驅(qū)趕、聚攏到一處。假如將一個(gè)xenobot切開，它還可以自動(dòng)愈合，就像電影《終結(jié)者2》中的T-1000一樣。兩個(gè)xenobot可能會與對方結(jié)合，如同一對“神仙眷侶”。如果xenobot中間有個(gè)洞，甚至還能拾起其它物體、帶著它四處移動(dòng)。
進(jìn)化算法設(shè)計(jì)出了多種形式的xenobots。
萊文和同事們想弄清的是，xenobot的細(xì)胞（或者說所有細(xì)胞）是如何互相交流、產(chǎn)生各種復(fù)雜行為的。“最重要的是，我們還想知道如何控制細(xì)胞之間的交流。”xenobot是一種獨(dú)一無二的生物體，它既是由活細(xì)胞組成的生物，又是一臺可被研究人員編輯、表現(xiàn)出特定行為的機(jī)器。實(shí)驗(yàn)中使用的爪蟾細(xì)胞本身并不特殊，它們共同表現(xiàn)出的行為才是最令人震驚之處。
接下來，我們可以重新思考一下未來機(jī)器人的發(fā)展方向。目前的類人型機(jī)器人通常由一系列笨重的零件構(gòu)成，最后組成一個(gè)可以四處行走、操作物體的整體。但人體遠(yuǎn)比這智能得多，細(xì)胞之間可以相互交流、構(gòu)成組織，組織構(gòu)成器官，器官構(gòu)成整個(gè)人體。“我們很想把此次研究得到的信息應(yīng)用到工程學(xué)和人工智能領(lǐng)域。”
但這條路必將道阻且長。“用活體組織構(gòu)建機(jī)器人與‘軟機(jī)器人’領(lǐng)域面臨著許多相同的挑戰(zhàn)。”奧斯陸大學(xué)的進(jìn)化機(jī)器人專家托恩斯·尼高（Tønnes Nygaard）指出?，F(xiàn)實(shí)世界十分混亂嘈雜，任何機(jī)器人都難以適應(yīng)，更別提用活細(xì)胞造出的機(jī)器人了。但這類進(jìn)化技術(shù)的優(yōu)勢在于，機(jī)器人能像真正的生物一樣學(xué)會適應(yīng)環(huán)境，盡管仍要由人類提供指導(dǎo)。
所以，讓我們對“機(jī)器-生物混合體”—— xenobots表示熱烈歡迎吧，祝它們在這世上一帆風(fēng)順。（葉子）
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