活体机器人可以自我繁衍吗？
当地时间11月29日，美国佛蒙特大学、塔弗茨大学和哈佛大学威斯研究院（Wyss Institue）的研究人员在《美国科学院院报》（PNAS）上发表论文，描述了世界首种生物机器人Xenobot（也被称为“异形机器人”）的自我繁衍方式。
《美国科学院院报》上的相关论文
去年，由非洲爪蛙干细胞中诞生的异形机器人，已经在科学界制造出伦理上的争议。此番异形机器人学会自我繁衍的消息一出，更是引来舆论界的喧哗。有人担忧异形机器人会突破管制，反噬人类。但科学家认为，这种机器人是环保和医药界的“未来之星”。
异形机器人收集细胞，繁衍后代 官方图
根据哈佛大学威斯学院官网29日发布的新闻，去年以美国佛蒙特大学计算机科学系教授舒亚·邦加德（Joshua Bongard）为通讯作者的研究团队，创造出了世界上首种生物机器人“Xenobot”。
吃豆人形状的异形机器人推动松散的细胞形成一个新的细胞簇
“异形机器人”并不是传统的机器人，也不是机械装置的机器人，而是不到1毫米的生物机器人，即微型生物机器人，比微生物大得多，也比一些寄生虫大。邦加德曾如此定义这种人造生命：“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。”
由于异形机器人是由非洲爪蛙心脏细胞（收缩细胞）和表皮细胞（被动细胞）结合而成，因而具有自然生命的多种生命特质，如可以在水性介质中移动、具有自我修复能力、可自行生物降解。
有意思的是，人工智能在这一过程中“居功至伟”。原本，异形机器人的母体由大约3000个细胞组成，是一个球体。它“可以生孩子”，但没有办法“系统性地繁殖”。通过佛蒙特大学Deep Green超算集群上的人工智能程序模拟，测试了数十亿种体型，其中包括三角形、正方形、海星的形状等等，目的是为了让异形机器人更有效地进行运动学复制。
邦加德评价说：“我们发现，在生物体或生命系统中有一个以前未知的空间，空间巨大。那么我们该如何探索那个空间呢？我们创造了会走路会游泳的异形机器人。现在我们在研究中发现异形机器人可以进行运动学复制。那么之后还会有什么？”
数十亿年来，生物体为了延续生命，已经进化出多种繁衍方式。近日，美国佛蒙特大学和塔夫茨大学的研究团队发现了一种全新的生物繁殖方式，并利用这一发现创造了有史以来第一个可自我繁殖的活体机器人——Xenobots 3.0，未来或可为外伤、先天缺陷、癌症、衰老等提供更直接、更个性化的药物治疗。研究结果发表在29日《美国国家科学院院刊》上。
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视频来源：美国佛蒙特大学Youtube官方账号；制作：张佳欣 张爽
去年，该研究团队用非洲爪蟾早期胚胎中的皮肤和心脏细胞组装成一种全新的生命形式，创造出全球首个活体机器人“Xenobots（异种机器人）”。它们可在耗尽能量之前独立移动约一周，同时可自我修复并自然分解。今年3月，Xenobots 2.0活体机器人问世，其能够使用像头发一样的纤毛“腿”自行推进，在一个表面上快速移动。此外，它还有记录信息的能力。
此次全新升级的Xenobots 3.0仅有毫米宽度，既不是传统的机器人，也不是一种动物，而是活的、可编程的有机体。
研究人员发现，如果将足够多的异种机器人放置在培养皿中彼此靠近，它们会聚集并开始将其他漂浮在溶液中的单个干细胞堆叠起来。于是，多达数百个干细胞在它们如同吃豆人形状的“嘴”中组装了“婴儿”异种机器人。几天后，这些“婴儿”就会变成外观和动作都跟母体一样的新异种机器人。然后这些新的Xenobots可再次出去寻找细胞，并建立自己的“副本”，就这样周而复始，不断复制。
AI设计的吃豆人形状的“母体”生物（红色），旁边是被压缩成球状的干细胞——“后代”（绿色）。图片来源：道格拉斯•布莱克斯顿和山姆·克雷格曼
该研究主要作者、美国佛蒙特大学计算机科学和机器人学教授乔什·邦加德说，异种机器人最初是球形的，由大约3000个细胞组成。分子水平上的动力学复制是众所周知的，但以前从未在整个细胞或生物体的水平上观察到过，而此次Xenobots 3.0的复制正是运用了这一机制。
Xenobots 3.0的设计团队（左起）：乔西·邦加德，佛蒙特大学；迈克尔·莱辛，塔夫茨大学和哈佛大学Wyss研究所；道格拉斯•布莱克斯顿，塔夫茨大学；山姆·克雷格曼，塔夫茨大学和哈佛大学Wyss研究所。图片来源：塔夫茨大学
邦加德介绍说，为了让异种机器人在此类复制中更有效，研究人员利用人工智能技术测试了数十亿种体型，最终塑造出类似吃豆人一样的C形状，这种形状能够在培养皿中找到微小的干细胞，聚集并完成复制。
虽然自我繁殖的生物技术用途令人担忧，但研究人员表示，这些机器人完全被封装在实验室中，是可生物降解的，很容易被消灭，并经过了美国联邦、州和机构各级伦理专家的审查。
邦加德表示，这种分子生物学和人工智能技术结合的成果或可用于人体和环境中的许多任务，例如收集海洋中的微塑料、检查根系和再生医学等。
研载生物科技（上海）有限公司_
2023-05-31 广告
“异形机器人”并不是传统的机器人，也不是机械装置的机器人，而是不到1毫米的生物机器人，即微型生物机器人，比微生物大得多，也比一些寄生虫大。邦加德曾如此定义这种人造生命：“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。”
根据邦加德团队的描述，他们首先从青蛙胚胎中提取活干细胞，让它们孵化成心脏细胞和表皮细胞，单独培养后再将两种细胞拼凑在一起。研究人员再观察它们独特的结构（包括细胞排列和斑点的整体形状）如何与行为对应。
相关数据发送给佛蒙特大学的计算机科学家团队后，后者利用超级计算机集群Deep Green对异形机器人的数字化版本构建了一个模拟环境，并且利用了生命演化的自然选择的过程。
根据这个模型，在模拟中完成特定任务的异形机器人会被认为是“合适的”，从而创造出新一代“进化的”异形机器人。研究人员还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”。重塑的细胞形状各异，有的是楔形，有的是拱形。
由于异形机器人是由非洲爪蛙心脏细胞（收缩细胞）和表皮细胞（被动细胞）结合而成，因而具有自然生命的多种生命特质，如可以在水性介质中移动、具有自我修复能力、可自行生物降解。
本次《美国科学院院报》上的论文，描述的就是异形机器人在运动学上的自我复制方式。哈佛大学威斯研究院的报道形象地描述了“繁衍过程”。原来，这些有爪蛙细胞组装成的有机体，可以游到培养皿中，将数百个干细胞聚集在一起，然后在它们吃豆人形状般的“嘴”里组装新的异形机器人“宝宝”。
吃豆人形状的异形机器人推动松散的细胞形成一个新的细胞簇
几天后，这些“宝宝”成为了新的异形机器人，拥有和父辈一样的外星和移动方式。然后，这些新的异形机器人再度使用同种方式，寻找细胞，建立自己的“副本”，周而复始。
邦加德博士说：“有了正确的设计，它们就会自发地自我复制。”
有意思的是，人工智能在这一过程中“居功至伟”。原本，异形机器人的母体由大约3000个细胞组成，是一个球体。它“可以生孩子”，但没有办法“系统性地繁殖”。通过佛蒙特大学Deep Green超算集群上的人工智能程序模拟，测试了数十亿种体型，其中包括三角形、正方形、海星的形状等等，目的是为了让异形机器人更有效地进行运动学复制。
论文作者之一的山姆·克里格曼（Sam Kriegman）博士说：“我们曾让超算弄清楚如何调整父辈异形机器人的形状。经过几个月的运算，人工智能想出了一些奇怪的设计，其中一种很像吃豆人......它不是一个人类工程师能想出来的东西，为什么只有一个嘴巴，而不是五个呢？”
克里格曼将这一设计提交给了另一名研究人员道格·布莱里斯顿（Doug Blackiston），最终他设计出了这些吃豆人形状的机器人。“然后这些父母创造孩子，孩子创造孙子，孙子创造重孙.......正确的设计，极大地延长了后代的数量。”
