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 zzszn   2021-12-30 11:36   3 人閱讀  0 條評論

編輯:桃子、David

【新智元導讀】活體機器人「生娃」?全球首次,實屬罕見!2020年1月,美國科學家利用從青蛙胚胎中提取的活細胞,創造出全球首個活體機器人Xenobot。現在,這個活體機器人可以像「吃豆人」一樣繁殖。

全球首次,實屬罕見!

在生孩子這件事兒上,美國科學家創造了奇跡:讓活體機器人「生娃」。

你沒看錯,世界上第一個「活體機器人」正在繁衍...

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當這些酷似「吃豆人」的機器人「父母」在環境中移動時,它們會在「嘴巴」中收集數百個幹細胞。

隨著時間的推移,這些幹細胞會聚集在一起,形成機器人寶寶,發育成熟之後,看起來就像它們的父母一樣。

這是由來自佛蒙特大學、塔夫茨大學以及哈佛大學 Wyss研究所的科學家們發現的一種全新的生物繁殖形式,並將他們的發現應用於創造了有史以來第一個「自我複製」的活體機器人。

目前,這項研究已於10月22日發表在 PNAS 上。

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論文地址:

https://www.pnas.org/content/pnas/118/49/e2112672118.full.pdf

該研究的合著者、塔夫茨大學的資深科學家 Douglas Blackiston 表示,「長期以來,人們一直認為91抖音成长人版安装已經找到了生命可以繁殖或複製的所有方式。但這次91抖音成长人安装的發現是之前從未見過的。」

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全球首次!活體機器人「生娃」

本來,非洲爪蟾蛙的這些胚胎細胞會發育成皮膚。但它會擋在蝌蚪的外麵,阻擋病原體並重新分配粘液。

研究人員這次將這些胚胎細胞置於一個新的環境下,讓其有機會重新利用這個「多細胞性」。

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這次,這些胚胎細胞要發育的目標和皮膚大不相同。

「這些青蛙細胞的複製方式與以往大不相同。科學上已知的任何動植物都不會以這種方式複製」,這項新研究的主要作者 Sam Kriegman 博士說。

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最初,由大約 3000 個細胞組成的爪蟾機器人(Xenobot)親本形成了一個球體。大約 3 天後,球體外表麵上會形成纖毛。

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當產生的成熟細胞群處於培養皿中約 60000 個分離的幹細胞中時,它們的集體運動將一些細胞推到一堆。

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如果這個「堆」足夠大,這些細胞群就能發育成會遊泳、帶纖毛的後代。如果分離幹細胞更多,則會產生更多的後代。

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不過,這個複製過程最多持續兩輪。是否會停止取決於適合青蛙胚胎發育的溫度範圍、解離細胞的濃度、成熟生物的數量和隨機行為、溶液的粘度、培養皿的幾何形狀表麵,以及汙染的可能性。

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確實,就像研究論文作者之一Sam Kriegman 博士所說:「這些機器人可以生孩子,但之後這個複製係統很快就會消亡。要讓係統繼續複製非常困難」。

看來,球體結構不利於機器人的生殖係統的複製,怎麽辦?試試別的形狀!

這正是AI入場的好時候。

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通過 Deep Green 超級計算機集群上運行的AI程序,進化算法在模擬中對數十億種形狀進行了測試——三角形、正方形、金字塔、海星形——讓細胞在複製中的效率更高。

研究人員使用一種進化算法,從隨機群開始,進化出具有增加自我複製能力的細胞群。( FG = 給定群體實現的子代數。小數部分表示群體距離實現另一輪複製的距離。)

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這個進化試驗中最成功的世係起源於一個球體,它構建的樁不超過 74% 自我複製所需的大小閾值。

爪蟾機器人(Xenobot)能夠在培養皿中找到微小的幹細胞並將數百個幹細胞聚集在「嘴」(指C型的缺口) 裏,幾天後這組幹細胞就會裂變成新的爪蟾機器人。

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「91抖音成长人版安装利用超算弄清楚了如何調整最初父母親本的形狀。經過幾個月努力,AI想出了一些奇怪的設計,包括一個類似於「吃豆人」的形狀。這種設計相當違反直覺,它看起來很簡單,但人類工程師想不出來。」Sam Kriegman說。

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比如,為什麽是一張嘴?為什麽不是5張嘴?不過,形狀雖然看起來有點奇怪,但效果很好。經測試,這個「吃豆人」形狀大大延長了Xenobot 機器人複製係統的壽命。

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實驗表明,在經曆AI算法篩選出的「吃豆人」形狀下,機器人的自我複製係統壽命,由最多2代增加到了4代。

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現在,這些機器人的兒子能生孫子,孫子又生了曾孫,繁殖還在繼續......

眾所周知,運動學複製在分子水平上是眾所周知的,但以前從未在整個細胞或生物體的尺度上觀察到。

Douglas表示,「91抖音成长人版已經發現,在生命係統中存在著一個未知的空間。91抖音成长人版破解安装如何去探索那個空間?91抖音成长人版安装發現了會走路的機器人;91抖音成长人版安装發現了會遊泳的機器人。現在,91抖音成长人版又發現了可以運動、可以自我複製的異形機器人。未來還會有什麽發現呢?」

誠如研究人員所說,「在生命的表麵之下,還隱藏著更多令人驚訝的行為,等待91抖音成长人版去發現。」

回顧:可編程「活體機器人」的誕生

大多數人都會認為機器人是由金屬和陶瓷製成的,不過爪蟾機器人同時也是由青蛙細胸製造的有機體。

2020年,還是這群美國科學家,首次利用從青蛙胚胎中提取的活細胞,創造出第一個有生命的機器。

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這些毫米級的「活體機器人」(xenobots)可以朝目標移動,也可以攜帶一個有效載荷(例如需要運送到患者體內特定位置的藥物),還能在切割後自行愈合。

在UVM的超級計算機集群上進行了數月的處理之後,該團隊(包括主要作者和博士生Sam Kriegman)使用了一種進化算法,為新的生命形式創建了數千個候選設計。

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為了完成科學家們布置的任務,比如朝一個方向移動,計算機會一遍又一遍地將幾百個模擬細胞重組成各種形狀和體型。

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從隨機構造開始

首先,他們采集非洲爪蟾(學名「Xenopus laevis」)胚胎中的幹細胞,並將它們分離成單個細胞,然後進行孵化。

接著,使用微型鑷子和一個更小的電極,將細胞切割並在顯微鏡下連接到計算機所指定的設計中。

這些細胞組裝成自然界中從未見過的身體形態,開始協同工作。

皮膚細胞形成了一個更被動的結構,而心肌細胞曾經的隨機收縮被用於創造有序的向前運動,這是在計算機設計的指導下,並借助於自發的自組織模式,使機器人能夠自行移動。

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機器人自行移動

此外,在實驗中,科學家就將活體機器人切開兩半,觀察究竟會發生什麽。

Bongard表示,「91抖音成长人版安装發現,它會把自己重新縫合起來,然後繼續前進。這是一般機器無法做到的。」

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切開後可自愈

論文合著者Levin表示,這些青蛙細胞可以被打造成有趣的新的生物形式,與它們的原有解剖結構完全不同。

構建活體活體機器人,是邁向破解所謂「形態學代碼」的一小步,更是向著更深入了解生物的整體組織方式,及其計算和存儲信息的方式邁出了一大步。

機器人「生娃」,恐懼?興奮?

美國科學家首次實現了讓活體機器人繁育,有些人可能會覺得這令人振奮。

Bongard表示,「91抖音成长人版安装正在努力理解這個屬性: 複製。世界和技術正在迅速變化,對於整個社會而言,91抖音成长人版研究並理解這種現象是如何發生的,這一點非常重要。」

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團隊的目標是加快人們從認識問題到給出解決方案的轉變速度,比如利用活體機器人把塑料微粒從下水道中拉出來,或者製造新的藥物。

研究團隊看到了活體機器人朝著再生醫學發展的前景。

Levin解釋道,「如果91抖音成长人版安装知道如何告訴細胞集合做91抖音成长人安装想讓它們做的事情,最終,那就是再生醫學,比如創傷性損傷、出生缺陷、癌症和衰老的解決方案。這些問題的存在是因為91抖音成长人版不知道們不知道如何預測和控製細胞群的構建。」

然而,有些人可能會對可自我複製的生物技術的概念感到擔憂,甚至感到恐懼,比如一些網友。

「人類覆滅將至,感謝天網」。

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Xenobot:我會轉圈、會繁殖。

人類:它們會殺了91抖音成长人安装。

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俗話說得好,「今天轉轉圈,明天 T1000」。

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不知你是否看過《異星災變》(Raised by Wolves)這部科幻美劇,一個Mother,一個Father ,這2個機器人授命在一個神秘星球撫育人類後代,

劇情演變到最後,機器人母親懷孕,生出了一個像蛇又像鰻魚的奇怪物種。

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看來,機器人生娃這件事還真是不敢恭維...不知各位網友,是期待多一點,還是害怕多一點?

參考資料:

https://wyss.harvard.edu/news/team-builds-first-living-robots-that-can-reproduce/

https://thenextweb.com/news/living-robots-can-now-reproduce-xenobots-self-replicate

https://arstechnica.com/science/2021/11/mobiles-clusters-of-cells-can-help-assemble-a-mini-version-of-themselves/

https://techxplore.com/news/2021-11-xenobots-team-robots.html

https://www.youtube.com/watch?v=aBYtBXaxsOw

https://www.youtube.com/watch?v=zuo2DP72vKQ

—完—

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