青蛙干細胞打造的首個異種機器人

沈臻懿

在人們的固有印象中，機器人就是用金屬和塑料材質(zhì)打造，并帶有機械臂和齒輪的現(xiàn)代科技產(chǎn)物。如果有人告訴你，未來的機器人，還可以是一種非金屬、非機械結(jié)構(gòu)的活體生物，這是否會令人感到震撼？這一發(fā)明，并非只是停留于天馬行空般的科幻作品，而是已然存在。

一改傳統(tǒng)認知的異種機器人

據(jù)《美國科學(xué)院院報》報道，來自佛蒙特大學(xué)和塔夫茨大學(xué)的研究人員，利用非洲爪蟾（又名光滑爪蟾，拉丁學(xué)名：Xenopus laevis）早期胚胎中的干細胞，打造出了世界上第一個異種機器人。研究人員根據(jù)非洲爪蟾的名字，將這一機器人命名為Xenobots（異種機器人）。異種機器人的問世，不僅打破了人們對機器人的既有感知，更將人工智能技術(shù)（AI）推至了一個全新的高度。

異種機器人由超級計算機通過“進化算法”所設(shè)計，長度尚不足1毫米，由500—1000個左右的非洲爪蟾心臟細胞和皮膚細胞匯集而成。其不同于以往任何一種機器人，并非由金屬或塑料制成，而是由百分之百的有機細胞材料制作而成，在外觀上更接近于一坨有生命的粉紅色肉體。正如參與研究的科學(xué)家表示，“異種機器人既不是傳統(tǒng)意義上的機器人，也不是目前任何一種已知的動物物種。它是一種新型人工制品，且是可編程的活的有機生物，此前從未在地球上存在過，是一種全新的生命形式”。

計算機技術(shù)和生物專業(yè)的強強聯(lián)手

隨著新型技術(shù)領(lǐng)域的井噴式發(fā)展，跨界合作成了當(dāng)前新型科技研發(fā)的一項重要方式。異種機器人的問世，便屬于計算機技術(shù)和生物技術(shù)的跨界合作成果。

在制造異種機器人的過程中，既涉及精準化的科技手段應(yīng)用，又有著人工干預(yù)的介入。研究人員需要借助超級計算機對相應(yīng)進化算法進行演算。通過反復(fù)實驗，研究人員不僅剔除了性能較差的設(shè)計模型，還成功模擬出了一種設(shè)計方案。隨后，便是從非洲爪蟾胚胎中提取干細胞，按照既定設(shè)計方案進行組裝。進化算法的運行和設(shè)計方案的模擬，由研究團隊中專注于進化計算、物理模擬和進化機器人技術(shù)的專家負責(zé);異種機器人的組裝工作，則由生物技術(shù)專家完成。

無論是心臟細胞，還是皮膚細胞，都需要從非洲爪蟾的胚胎干細胞中分化而來。研究人員首先需要借助顯微設(shè)備的觀察來切開胚胎細胞。切開后的兩部分細胞經(jīng)過單獨培養(yǎng)后，即可將其進行緩慢重建。最后，科學(xué)家需要根據(jù)超級計算機模擬出的設(shè)計方案，對重塑后的細胞進行“精雕細琢”。

鑒于研究人員已提前在異種機器人體內(nèi)預(yù)置了蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，即使在沒有任何外部養(yǎng)分“果腹”的情況下，異種機器人也可存活至少一周。如果身處營養(yǎng)充足的環(huán)境中，異種機器人的存活期可進一步延長至數(shù)周。不過，異種機器人本身不會發(fā)生進化或繁殖。當(dāng)其細胞中存有的能量消耗殆盡后，異種機器人亦會如同生物體般自然死亡。

作為純粹的有機細胞材料制成的異種機器人，其體內(nèi)并無藍牙芯片，也沒有任何遠程遙控裝置來幫助科學(xué)家對其進行指揮。那么，科學(xué)家能否按照自身預(yù)設(shè)的方式，像操控金屬或塑料機器人一般，對異種機器人進行控制呢？答案顯然是肯定的。這其中最大的秘訣，就來自于制作異種機器人的爪蟾胚胎干細胞。異種機器人的爪蟾心臟細胞屬于收縮細胞，表皮細胞則為被動細胞。心臟細胞就像一臺迷你發(fā)動機，能夠進行自動化的收縮放松，但表皮細胞并不會收縮。如果能將心臟細胞和表皮細胞置于某個特定的模型結(jié)構(gòu)和位置，異種機器人就有可能按照特定的方式和路徑進行移動。為此，研究人員借助超級計算機生成的模型，將皮膚細胞組裝于異種機器人的上部，心臟細胞則組裝在異種機器人的下部。如此一來，異種機器人就能夠利用像“腿腳”一樣的附件在水性介質(zhì)中前行。根據(jù)超級計算機生成結(jié)構(gòu)的不同，異種機器人還能執(zhí)行轉(zhuǎn)圈、游泳、蹣跚等不同動作。不過，若是將異種機器人底朝天進行翻轉(zhuǎn)，其就如同被翻蓋的烏龜，立馬失去了活動能力。

研究人員利用非洲爪蟾早期胚胎中的干細胞，打造出了世界上第一個活體機器人，并根據(jù)非洲爪蟾的名字，將這一機器人命名為Xenobots

心臟細胞的存在，還讓異種機器人擁有了自我修復(fù)能力。研究人員即使將異種機器人切成兩半，其仍能夠通過自我縫合的方式對傷口進行愈合，并再次恢復(fù)移動功能。

大顯身手的異種機器人

異種機器人的體積雖然很小，但其不僅能夠完成現(xiàn)有鋼鐵、塑料機器人難以完成的艱巨任務(wù)，讓AI技術(shù)的發(fā)展邁向新的高度，且在未來社會生活中也有著較為“強悍”的應(yīng)用。

異種機器人能夠利用像“腿腳”一樣的附件在水性介質(zhì)中前行

擔(dān)任“迷你外科醫(yī)生”

異種機器人的自身特性，使得其有望在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域大展身手。尚不足1毫米的尺寸，加之其在水性介質(zhì)中運動的特點，堪稱“迷你外科醫(yī)生”和“疾病克星”。根據(jù)醫(yī)學(xué)專家的設(shè)定，異種機器人可以攜帶藥物進入人體內(nèi)部，還可肩負“外科醫(yī)生”之責(zé)，用來對受損細胞進行修復(fù)，或者直接對細胞內(nèi)的原有結(jié)構(gòu)進行替換。同時，可利用異種機器人的自我復(fù)制特點，對基因缺陷進行修正。甚至，在面對較為疑難復(fù)雜的血栓問題時，異種機器人還能夠進入人體的血管內(nèi)，對動脈中的斑塊進行清除。

廢棄物的收集與清除

曾幾何時，我們的生活中到處充滿著塑料制品。塑料容器、塑料餐具、塑料包裝、塑料瓶子……塑料制品在給人們帶來生活、工作便利的同時，其難以降解和環(huán)境污染的困擾也一直存在。即使是在海洋環(huán)境中，受制于人類社會的影響，海洋中的塑料含量亦增幅明顯，甚至已有一塊面積相當(dāng)于智利國土的塑料垃圾帶漂浮在太平洋之上。借助于異種機器人的應(yīng)用，人們可嘗試對海洋中的塑料微粒進行收集，從而有利于水生物種的生存和水體質(zhì)量的提升。

除了可用來對海洋中的塑料微粒進行收集外，異種機器人在放射性廢料的清除上也有著特殊的價值。核能的發(fā)展，必然會帶來核廢料的產(chǎn)生。其不僅會引發(fā)相應(yīng)遺傳問題，還會讓諸多動物、植物產(chǎn)生癌變。在利用核能的同時，如何能找到更為有效的方式來清除放射性廢料，也是人們關(guān)注的焦點?；蛟S，異種機器人的問世，將更好地解答這一難題。將異種機器人置于核廢料產(chǎn)生區(qū)域，或許其能夠在清除核廢料這一危險物方面發(fā)揮更大的作用。

異種機器人所蘊含的細胞生物學(xué)知識，還可幫助人們更深入地認識健康與長壽的秘密。若能通過異種機器人的研究，對人類的出生缺陷進行修復(fù)，或者讓創(chuàng)傷損傷部位進行再生，甚至將癌變腫瘤重新“編程”為正常組織，或可助力患者戰(zhàn)勝疾病和衰老。這一切聽上去極為玄幻，但也從側(cè)面印證了異種機器人打破數(shù)字信息和生物界線的同時，其自身在未來的應(yīng)用潛力。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com