2020-03-13 22:23:21
图片展示的是结合了计算机和活细胞技术的“活体机器人”。
说到机器人，我们可能会立即想到由钢铁铸成的机械体，配备着电缆和高科技的操控平台，这些机器人往往是冷冰冰的坚硬金属。但是，如果告诉你，用活细胞做成的机器人不仅软绵绵的像细胞团一样具有弹性，而且还能够运动，你能够想象吗？
最新发表在《美国科学院院刊》的一项研究就展示了首个由爪蟾细胞制成的活细胞机器人，这种全新的机器人被称作“Xenobots”。尽管其外表看起来只是一小团细胞，但Xenobots能够朝着特定的方向移动，并且被切开后，还能自行复原，具有强大的延展性和可塑性。研究人员把这种由活细胞构成的机器称作定制生命系统（Bespoke Living system），相比于合成材料铸成的机器，活体生命系统在结构和功能上拥有更强的可塑性。
最初的尝试
在Xenobot之前，已经有一些方法用于设计和构建生命系统，比如对于单细胞形成的组织团块，虽然研究人员可以通过重构单细胞的基因组，改变它的特性，但很难控制这团组织的形状和行为。而人工合成的类器官虽然能够模拟真实器官的结构，但我们却不能够控制类器官的运动。研究人员还能通过3D打印制作生物结构，在这种情况下，可以控制结构的外形，但却无法预测这些结构能做出何种行为。
正是基于上述不完美的尝试，美国索尔克生物学研究所的研究人员想到，既然预测不了生命系统的外表和行为，那能否让这些细胞自己学习该怎么做呢？为此，他们设计了一种演化算法，然后把非洲爪蟾的皮肤细胞和心肌细胞作为基础模块，输入计算机模型中。
用算法设计细胞机器人
在演化算法的帮助下，计算机模型开始自己学习如何组装非洲爪蟾的细胞，并且会实时反馈细胞是如何组合的。在这一过程中，研究人员会向计算机模型输入一些要求，比如希望搭建的“细胞机器”能够向一个方向移动，或者带有孔洞来嵌入外部分子。而计算机模型收到指令后，就会开始利用算法自己探索搭建条件。
计算机模型在运行算法时，会充分考虑两种非洲爪蟾的细胞的功能，然后再把两种细胞按不同比例组合起来，比如，把心脏细胞放在皮肤细胞下面，这样组成的“细胞机器”也许就能动起来。经过多轮尝试，一些明显会失败的细胞组合会被计算机剔除，而能动起来的组合就会被留下来，供研究人员用于后续测试和筛选。
论文主要作者之一JoshuaBongard教授
由于这种会自己动的细胞团块既不是机械装置，也显然不是动物，因此研究人员给这种活体机器人制定了一个全新的分类：“有生命的，并且可以编程的生命体”。而在数个月的模拟中，计算机模型生成了成百上千个可能变成活体机器人的细胞组合，研究人员后续要做的就是，用真实的细胞把活体机器人制作出来，然后测试它们是否能像在计算机模型中一样可以运动，也可以控制。
在这幅图中，研究者展示了计算机构建出的活体机器人模型，其中红色块代表着青蛙的心脏细胞，而蓝色代表着皮肤细胞。将这些模块挑出来后，就能用细胞拼凑出实际的模型，比如右侧就展示了根据模型构筑的青蛙细胞团块。
