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皇冠APP下载:机器人也会生孩子了?

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本文来自微信公众号:世界科学(ID:World-Science),编译:莫庄非,题图来自:《我,机器人》


2021年11月29日,《美国国家科学院院刊(PNAS)刊发最新研究:一支联合科研团队发现了一种全新的生物繁殖形式,并应用它创建有史以来首个可自我繁殖的活体机器人——Xenobots3.0。


该团队由来自佛蒙特大学、塔夫茨大学和哈佛大学韦斯生物启发工程研究所的科学家组成。


2020年问世的第一款活体机器人Xenobots1.0也出自该团队——他们在超级计算机上完成设计,接着用非洲爪蟾早期胚胎里的皮肤细胞和心脏细胞(500~1000个)组装成全新的生命形式,也就是Xenobots。


而如今的Xenobots3.0所新增的技能点在于自主拷贝副本:


它们来到充满单个细胞的培养皿中,然后自主寻找细胞并将其成百上千地聚集起来,组装成机器人;过几天,它们会变成外观和动作都与创建了自己的亲本一致的副本,接着外出建立自己的副本……


非洲爪蟾的这些胚胎细胞原本是会发育成皮肤的,但正如项目负责人之一、塔夫茨大学生物学教授迈克尔·莱文(Michael Levin)博士所介绍的:“它们挡在蝌蚪的外面,阻止病原体并重新分配黏液。而我们选择将它们置于一个新的环境中,令其有机会重新利用自己的多细胞性。”


莱文等人的目标远非简单的胚胎细胞发育成皮肤,用另外两位共同作者道格拉斯·布莱克斯顿(Douglas Blackiston)和山姆·克里格曼(Sam Kriegman)博士的话说:“长期以来,人类一直以为自己已经找到了生命的繁殖或复制的全部方式,但这些青蛙细胞的复制方式与以往大不相同。科学上已知的任何动植物细胞都不会以此种方式复制。”



道格拉斯·布莱克斯顿和山姆·克里格曼设计的(C形)生物体在环境中移动时将零散的干细胞(白色)推拢成堆


由大约3000个细胞组成的Xenobot亲本形成了一个球体。“亲本可以‘生孩子’,不过之后系统往往会消亡。实际上,要让系统继续复制是非常困难的。”但研究团队通过在DeepGreen超级计算机集群上运行AI程序,成功利用进化算法在模拟中对数十亿种形状进行了测试——三角形、正方形、金字塔形、海星形——让细胞在复制中的效率更高。


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“我们借助超级计算机搞清楚了如何调整最初亲本的形状。经过几个月的努力,AI想出了些奇特的设计,包括一个类似于‘吃豆人’的设计。这其实是一种非常反直觉的设计,看起来很简单,但人类工程师想不出来。比如‘吃豆人’为什么只有一张而不是五张嘴巴?”




当“吃豆人”形状的机器人亲本在周围环境中移动时,它们会用“嘴巴”收集零散的干细胞。随着时间的推移,这些干细胞会聚集在一起,形成子代的(或者说副本)机器人。子代会发育得和亲代看起来一样。


不过虽然形状怪异,但效果极佳。经测试,“吃豆人”显著延长了Xenobot系统的寿命。


AI设计的“亲代”生物体(C形;红色);其左边的是被压缩成球状的干细胞(“后代”;绿色)


从分子水平上看,这种“吃豆人”式的运动复制相当常见——但我们过去从未在整个细胞或生物体的规模上观察到此类复制。


研究者如此写道:“生命表象之下隐藏着令人惊讶的行为,这些正等待被发现。”


研究团队从这项新成果中看到了推动再生医学发展的希望:


“如果我们知道如何告知细胞去做我们想让它们做的事情,那最终就可得到针对创伤性损伤、先天缺陷、癌症和衰老的解决方案。而所有再生医学的问题之所以成为问题,原因就在于我们不知道如何预测和控制想要构建的细胞群。现在,Xenobots相当于提供了一个新的探索平台。”


资料来源:Team builds first living robots—that can reproduce


本文来自微信公众号:世界科学(ID:World-Science),编译:莫庄非

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