100%青蛙基因，全球首个活体机器人诞生！

你能想象机器人有生命吗？

北京时间1月14日凌晨，全球顶级期刊《美国科学院院报》(PNAS）发表了一项最新重磅研究：美国科学家利用从青蛙胚胎中提取的活细胞，创造出了第一个毫米级“活体可编程机器人”（以下称为“活体机器人”，英文为 Xenobots）。      

简单来说，“活体机器人”是一种由 100% 青蛙细胞所创造出的新生命个体——非金属非机械结构、非单细胞生物体，是一种新的活体可编程生物。

该“机器人”拥有两个“短腿”，并能依靠自主力量朝目标移动。最为关键的一点，由于它们是“活体机器人”，即便被损坏或撕裂，也能自行复制和修复。

本项研究由佛蒙特大学（UVM）计算机科学系教授约书亚·邦加（Joshua Bongard）的团队主导，在 UVM 的超级计算机上设计，然后再由美国塔夫茨大学的生物学家组装和测试，是一次跨“计算机+生物”领域的完美合作。

本篇论文的共同作者，塔夫茨大学再生与发育生物学中心的负责人迈克尔·莱文（Michael Levin）认为，从基因组织上来看，Xenobots 活体机器人的本质是青蛙——它 100% 由青蛙的 DNA 组成，但是，它们却不是青蛙，而是机器人。

迈克尔·莱文表示，“构建活体机器人，是人类破解‘形态学代码’的一小步。异种机器人为我们提供更深入了解生物整体组织方式的样本，帮助我们了解它们（青蛙细胞）是如何根据其（形态学代码领域）历史和环境来计算和存储信息的。”

美国科技网站 Wired 则形容该研究称：“（它们是）一种令人毛骨悚然的新型可编程生物”。  

如果说，过去五十年，机器人行业是从无到有的话，今天 PNAS 发表的这项研究则意味着：活体机器人不再是设想与科幻，它们将在未来成为现实。而且，在人类的指导下，未来活体机器人或许能在某种意义上，像真实的生物一样适应环境。

活体机器人背后的故事：“计算机+生物”完美跨界合作

如今你所看到的很多科学技术，都是在加工钢铁、混凝土、化学药品和塑料的基础上实现，而这些材料会随着时间的流逝而降解，也可能产生有害的生态和健康副作用。

合成材料的运用比生活材料更加广泛，因为前者更易于设计、制造和维护。死亡的细胞更易于重新设计以满足其他需求。比如说，书的原材料是木头，但你不能说一棵树就能制造成一本书。

因此，将自我更新和生物相容性材料、也就是类似活细胞的材料，运用到科学技术中，将是有用的和有效的。在这其中，生命系统本身是理想材料的候选者。

而这个“活体机器人“，就是生活材料应用的最佳实践者。研究人员从非洲爪蛙（Xenopus laevis）胚胎干细胞中分化，分成心脏细胞（收缩细胞）和表皮细胞（被动细胞）两部单个细胞，然后进行孵育。

全球首个活体机器人诞生：100%青蛙基因，遭破坏时可自愈        

左边顶部绿色部分是被动细胞，而红、绿交替的部分便是主动细胞（图片来自：Inverse）

为了让活体机器人可以按照科学家指定的方式移动，研究团队在 UVM VVAC 的 Deep Green 超级计算机集群上进行了数月的处理，并使用了一种进化算法，为新的生命形式创建了数千个候选设计。为了完成科学家分配的任务（例如在一个方向上移动），计算机一遍又一遍地将数百个模拟细胞重新组装成无数种形态。

而后再将非洲爪蛙单个表皮细胞和心肌细胞进行结合，并利用 Deep Green 设计出来的最佳模型，使用微小的镊子和均匀的电极，将细胞切割并在显微镜下连接成计算机指定设计的近似值，不断尝试与实验，创造出全球首个 “活体机器人”。

这是有史以来第一次“完全从头开始设计完全生物的机器”，100% 由青蛙细胞创造出的一种新生命体。

如果说，之前的机器人设计都是利用机械结构形成的话，这一新的研究，将细胞组装成自然界中从未见过的身体形态，进行协同工作。这将会是人类历史上一次惊人的研究发现。     

除了算法以外，科研人员让分化出的心脏收缩细胞，在计算机的设计指导下，创造出有序的向前运动，使机器人得以继续前进。

在实验过程中，研究人员还发现了另外一个事实：这个“活体机器人”可以在水性介质中移动，并且可以转圈。

后来的测试表明，这个不同于金属、塑料机器人的活体机器人是完全可生物降解的，也具有自我修复能力的。

本篇论文的作者也介绍说：“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，如果你利用显微镜将斑点轻拍到其背面，将这个机器人翻转过来，它就像翻过的乌龟一样躺在那里，一动不动。

这一切形态，与人的表达无异，堪称是机器人领域的“异星觉醒“。

未知世界的伦理冲击

虽然上文短短几百字将“活体机器人“这项技术解释出来，但事实上，这项研究需要很多技术难点需要克服，也有很大的未知风险。

许多人担心，快速的技术变革和复杂的生物操作，会带来不良的影响。在该论文发表之后，有国外的网友评论称，“请不要把它（活体机器人）植入到体内”，“很容易造成替代和暗杀”等等。

该篇论文共同作者山姆·克里格曼（Sam Kriegman）认为，类似的“活体机器人”未来变体将很有可能具备神经系统和认知能力。针对上文所提到的道德问题，他也认为，在发现这类机器人后，政策制定者也能针对性地定制最佳行动方案，“每个人都应该做各种不同的事情，（我们）只是在探索，而（其他人）需要考虑其行为的伦理后果和影响。”

斯坦福大学法学教授，生物医学伦理学研究中心指导委员会主席汉克·格里利（Hank Greely）同意该说法，并表示，尽管当前的研究远没有创造出类似人类的东西，但他们仍应牢记这样的伦理学问题，也需要全社会来关注并且优化伦理方案。

其他研究者们认为，活体机器人的特性则展示了其未来无限的可能性。它们可以被用来清理海洋中的微塑料污染，定位和消化有毒物质，或者进入人体血管，精准输送药物、清除动脉壁上的斑块等，这些都是活体机器人的落地范围。

麻省理工学院（MIT）计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）主任 Daniela Rus 也曾指出，技术带来的负面影响，其实跟 AI 技术的关系并不大，而是与人类的控制有关。

不管讨论如何，这并不妨碍我们对活体机器人的关注，以及对未来科幻希望现实落地的想法。

论文地址：https://www.pnas.org/content/early/2020/01/07/1910837117

进化算法代码开源地址：https://github.com/skriegman/reconfigurable_organisms

https://cdorgs.github.io/

参考来源：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-01/uov-tbt010820.php