科學家創造了地球首個具有生命的機器人,它們的發展超乎想像

胖福的小木屋 發佈 2020-01-16T02:31:01+00:00

在許多的科幻作品中,機器人都是其中主要的角色之一,他們和人類並無二致,擁有自己的思維、情感。《人工智慧》里的機器人小男孩日前,《美國科學院院報》發表來自美國佛蒙特大學和塔弗茨大學團隊的最新研究成果,他們設計出了一種可編程生物,被命名為Xenobot。

在許多的科幻作品中,機器人都是其中主要的角色之一,他們和人類並無二致,擁有自己的思維、情感。

而這樣的機器人正在離我們不遠。



日前,《美國科學院院報》發表來自美國佛蒙特大學和塔弗茨大學團隊的最新研究成果,他們設計出了一種可編程生物,被命名為Xenobot(異形機器人)。論文作者邦加德對這種人造生命做了定義:「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。」

這是地球上50億年以來首個誕生的活體機器人,也是人類首個創造的生命,在某種意義上來說,人類已經成了「神」。



細胞是非專業細胞,具有發展為不同細胞類型的能力。研究團隊通過計算機來設計生物,如何通過計算機來設計生物呢?

計算機為生物構造塊(皮膚和心肌)的動力學建模,並像樂高積木一樣使用它們來構建不同的生物解剖結構。進化算法會從大量隨機設計開始,疊代刪除最差的設計,將其替換為更好的設計。這是計算機內部的「適者生存」的進化。然後選擇虛擬現實中最合適的設計,用真實的生物組織構建出來。

而這種僅為0.7毫米的人造生命就是透過超級計算機運行的「演化式算法」所設計,該活體機器人由佛蒙特大學研究人員利用該校的「深綠」超級計算機設計,然後由塔夫茨大學的生物學家完成組裝和測試。研究團隊利用「演化式算法」,根據設定的任務(如朝著一個方向移動),基於青蛙皮膚和心肌細胞生物物理基本規則,為新的生命形式創建了數千個候選設計方案,並從中選取出最有前途的方案進行測試。他們收集了非洲爪蛙的胚胎幹細胞,將其分離成單個細胞進行培養,形成皮膚細胞和心臟細胞,然後使用微型鑷子和電極,將這些細胞切割並按設計方案進行連接。這些細胞被切割並重塑成由超級計算機設計的特定「身體形態」,即「自然界從未見過的形態」。從而重組成了一種全新的生命形式,



從論文里可以看出,青蛙皮膚(下圖中綠色部分)和心肌(紅色部分)。兩者均來自從囊胚期非洲爪蟾胚胎細胞。這些組織會自然生長出纖毛,但是它們除去了纖毛,產生了會步行(而不是會游泳)生物。



之所以將它們定義為生物,這些生物機器人預先裝載了自己的脂質和蛋白質沉積物食物來源,使它們能夠生存一周以上的時間,在營養豐富的環境中,它們的壽命甚至可以長達幾周,之後停止功能(就合成生物學結構的安全性而言,這是一個積極的特徵)。

儘管像地球上的大量生物一樣,它們沒有大腦,但表現出了功能性行為,具有多種生命特質,如可以在水性介質中移動、具有自我修復能力、可自行生物降解。最厲害的是,即便把生物機器人切成兩半,它不僅能把自己縫合起來,還能繼續活動。而且,它們不只是能直線行進,也能轉圈。,除此之外它們還可以協同工作。雖然它們無法繁殖,但是有些自然發育的生物也不能繁殖。



它們和我們傳統意義上認知的機器人也並不一樣,它們沒有閃亮的齒輪或機械臂。取而代之的是,它們看起來更像是一團移動的肉團。

顯微鏡下,這些小小的「肉團」在液體中忙個不停,時而向前,時而往後,時而轉圈圈。只要往其中滴入一些細胞碎屑,它們就會將碎屑聚攏成一堆。如果在某個小「肉團」的背上輕彈一下,它就會立即躺倒,像只四腳朝天的烏龜。

它們的行為令人聯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,能完成一系列複雜行為。



研究人員表示。Xenobots可用於清除放射性廢物,在海洋中收集微塑料,在人體內部運輸藥物,甚至進入我們的動脈以清除斑塊。活體機器人可以在水性環境中存活幾天甚至幾周,而無需額外的營養,這使它們適合體內藥物輸送。

除了這些直接的實際任務,活體機器人還可以幫助研究人員更多地了解細胞生物學,從而為人類健康和長壽的未來發展打開大門。

研究團隊表示:一旦我們弄明白細胞在合適的刺激條件下,可以構建哪些特別的結構,對於「再生性醫療」的研究就可能取得新的重大突破,而且會推動機器人、通訊系統和AI平台的新研究。



目前的長期目標是:弄清活體細胞構建特殊結構的能力,並利用這個能力解決現有微操技術無法直接解決的難題(比如構建人造眼、人造手等)。

但是我們要知道的一點就是,這些機器人的長度之所以不到一毫米,是因為科研人員通過計算機將它們等比例縮放的結果,如果有一天一些科學家製造出了和人類同等體積的活體機器人,那麼人類該如何對待?

研究團隊也坦言這項工作引發道德問題,特別是考慮到未來的「活機器人」可能具有神經系統,並具有認知能力,進而變得更加活躍,研究團隊也同時強調不太擔心會對人類構成威脅。



不過科研人員也的確觀測到一些奇怪的現象,儘管它們是被研究人員編輯、表現出特定行為的機器,但這些沒有大腦的「肉團」的行為非常詭異。「它們會時不時地改變自己的運動方式。」如果遇上了其它單獨存在的細胞,它們便會將這些細胞驅趕、聚攏到一處。兩個Xenobots可能會與對方結合,如同一對「神仙眷侶」。如果Xenobots中間有個洞,甚至還能拾起其它物體、帶著它四處移動。

另外這些xenobot是由人類創造,但是創造者也不知道xenobot的細胞(或者說所有細胞)是如何互相交流、產生各種複雜行為的。也就是說xenobot的發展超乎了創造者的想像!



這讓人不得不思考,當活體機器人不斷發展,人類作為它們的「上帝」,能否徹底駕馭它們呢?1940年科幻作家阿西莫夫提出了著名的機器人三原則:

第一條:機器人不得傷害人類,或看到人類受到傷害而袖手旁觀.

第二條:機器人必須服從人類的命令,除非這條命令與第一條相矛盾。

第三條:機器人必須保護自己,除非這種保護與以上兩條相矛盾。

隨著科技的發展,不知道是不是會有哪位科學家跨過這條禁忌之門,從而打開潘多拉魔盒,將人類帶向未知的未來呢?


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