全球首个活体机器人诞生:可编程,会自愈,由超级计算机设计

摘要:北京时间20200114关于【全球首个活体机器人诞生:可编程,会自愈,由超级计算机设计】的具体情况和说明,让www.yxrthb.com新闻频道以图文形式为您慢慢道来。

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【 图片来源:University of Vermont所有者:University of Vermont 】

雷锋网了解到,xenobots 以非洲爪蛙的名字“Xenopus laevis”命名,不到 1 毫米宽的 xenobots 可以向目标移动,也可拿起物体(比如需要运送到患者体内特定位置的药物),受伤后还可自愈伤口。

佛蒙特大学计算机科学家、机器人专家 Joshua Bongard 是这项研究的联合负责人,他表示:它们既不是传统的机器人,也不是已知的一种动物物种。这是一种新的人工制品——一种活的、可编程的有机体。

xenobots 由佛蒙特大学的超级计算机设计,然后由塔夫茨大学的生物学家组装和测试。塔夫茨大学再生与发育生物学中心主任 Michael Levin 说:不难想象,这些机器人有很多其他机器做不到的应用,比如寻找有害化合物或放射性污染物、在海洋中收集微塑料、在动脉中穿行,清除牙菌斑等等。

“定制”的生命系统

众所周知,至少自农业出现以来,人类就一直在为自身利益操纵生物,基因编辑也越来越普遍。过去几年里,人类已经通过模仿其他动物的体型,制造出了一些人造生物,但研究小组表示,这是有史以来第一次“完全从头开始设计的生物机器”。

大体上,xenobots 的创造过程有两步。

【 图片来源:University of Vermont所有者:University of Vermont 】

第二步,Michael Levin 带领的塔夫茨大学团队和显微外科医生 Douglas Blackiston 要做的就是关键一步——将电脑设计变成现实。

他们先从非洲蛙种非洲爪蟾的胚胎中收集干细胞,将其分离成单个细胞并孵育,然后用小镊子和更小的电极,将细胞切割并在显微镜下连接,使其非常接近于计算机指定的设计。

这样,这些细胞被组装成了自然界从未见过的形体,随后它们便开始一起工作了。经过上述一番操作,皮肤细胞形成了一个更加被动的结构,而心肌细胞原本无序的收缩则在电脑设计的指导下,在自组织模式的帮助下,产生有序的向前运动,这也就是机器人实现自行移动的关键。

当然,在研究过程中,难免会有一些意想不到的结果,但有时这些结果也促成了新的发现。

研究者们注意到,这些可重组的有机体能够以一种连贯的方式移动,并且在胚胎能量储存的驱动下,用数天甚至数周时间探索它们的水环境,但是反过来的时候却失败了,就像甲虫翻跟头一样。

【 图片来源:University of Vermont雷锋网注:图为 Josh Bongard 】

另外,笔记本电脑固然强大,但要是把它摔成两半,可能就无法工作了。但科学家们把 xenobots 切成两半后,发现它们可以自愈,然后继续前进,这是传统的机器无法做到的。

破解密码

同时,研究者也表示,他们对细胞交流、连接潜力的研究,已经深入到对计算科学和对生命的理解中。

Michael Levin 说:当前一个重要的问题便是理解决定形式和功能的算法。基因组能够编码蛋白质,但硬件如何让细胞在各种不同的条件下合作,从而进行功能性解剖,这还等着我们去发现。

同时,为了使有机体发展并起作用,有机计算一直在有机体的细胞内和细胞间进行,而不仅仅是在神经元内。这些几何特性是通过生物电学、生物化学和生物力学过程形成的,正如 Michael Levin 所说:这些过程在 DNA 指定的硬件上运行,是可重新配置的,也使得新的生命形式成为可能。

如今,许多人担心技术的飞速发展和越来越复杂的生物操作会带来负面影响。对此,Michael Levin 表示:这种恐惧不是没有道理,当我们开始摆弄连我们自己都不理解的复杂系统时,结果可能很难想象。如果人类要在未来生存下去,就需要更好地理解复杂的性质是以何某种方式从简单的规则中产生的。大部分科学都集中在控制“低级规则”上,我们还需要了解“高级规则”。

Michael Levin 认为,这项研究对于解决人们心中的恐惧有积极意义,这也是研究团队的一项意外收获。

via University of Vermont,雷锋网编译。


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