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全球首个活体机器人“生娃”,我们采访了TA的缔造者 钛媒体深度

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钛媒体APP

2021-12-04 15:45

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异种机器人Xenobots 3.0(来源:塔夫茨大学)

一年前诞生的全球首个活体机器人,如今可以“生孩子”了。

据环球时报12月1日报道,近日,美国佛蒙特大学和塔夫茨大学的研究团队发现了一种全新的生物繁殖方式,并利用这一发现创造了有史以来第一个可自我繁殖的活体机器人——Xenobots 3.0。这一研究成果于10月29日发表在美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。(详见钛媒体App前文:《人工智能的产物!全球首个活体机器人能“生娃”,但引来伦理争议》)

实际上,早在去年1月,钛媒体App就报道了该研究团队用非洲爪蟾早期胚胎中的皮肤和心脏细胞组装成一种全新的生命形式,创造出全球首个活体机器人“Xenobots”(异种机器人),可自我修复并自然分解;今年3月,团队将Xenobots升级到2.0,能够使用像头发一样的纤毛“腿”自行推进,在物体表面上快速移动,并且能够记录信息。(详见钛媒体App前文:《全球首个活体机器人诞生:100%青蛙基因,遭破坏时可自愈》)

如今,经历近两年升级了两次之后,Xenobots 3.0更进一步,实现了机器人的自我繁殖能力。

北京时间12月2日凌晨举行的媒体采访活动上,本论文共同作者,塔夫茨大学再生与发育生物学中心负责人迈克尔·莱文(Michael Levin)在接受钛媒体App的采访时表示,多细胞系统集合可以做很多事情,比如进行用机器人实现真正的药物递送。

“这篇研究实验已经是一个惊人的“生物可塑性”的经典案例,未来或可为外伤、先天缺陷、癌症、衰老等提供更直接、更个性化的药物治疗。”迈克尔·莱文表示。

科研团队还在采访中透露,Xenobots可以在没有任何外部食物储备的情况下存活10到14天,因为它们从卵子中获得能量。一旦到14天后,这些细胞就会分解,无法繁殖。而且,Xenobots自我复制只能持续了1-2代。

创造全球首个活体机器人的科研团队接受媒体线上采访(第一排右边是佛蒙特大学Joshua Bongard教授,第二排右侧是塔夫茨大学Michael Levin教授),图片由钛媒体App编辑截图

两年升级两次,最终实现活体机器人“可繁殖”

其实严格来讲,Xenobots并不是传统意义上的机器人。

“机器人”一词最早由捷克作家Karel Capek使用,专指人形奴。“bot”的原意指的就是奴隶,“Xeno”指的是“奇怪的,陌生的”意思。

而Xenobots一点不像人。它长得非常像“吃豆人”,造型有趣。此次全新升级的Xenobots 3.0仅有毫米大小,既不是传统的机器人,也不是一种动物。更严谨一些说,Xenobots是一种活的、可编程的有机体。

从去年诞生到现在,Xenobots经历了从 1.0 到 3.0 的升级进化,两年升级了两次,实现了从简单行走到自我发育繁殖,创造出全球首个可自我繁殖活体机器人。

具体在Xenobots 1.0部分,去年1月,佛蒙特大学(UVM)计算机科学系教授约书亚·邦加(Joshua Bongard),和马萨诸塞州塔夫茨大学的Michael Levin及其同事,利用从青蛙胚胎干细胞中提取的活细胞,通过佛蒙特大学的Deep Green 超级计算机集群上的自研模型,创造出全球第一个毫米级“活体可编程机器人”Xenobots,发表在美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。

随后在今年3月,团队将Xenobots升级到 2.0 版本。团队称,在实验条件下,Xenobots这些细胞形成了小型结构,具有自我组装,分组移动并感知周围环境,“自下而上”的自组织能力。这一研究成果登上了知名科学期刊美国《科学机器人》(Science Robotics)上。

如今的Xenobots 3.0的研究突破在于,“活体机器人”可以实现自我复制能力。而且,Xenobots根本上是异种机器人,就是说,它的后代实际上没有类似人类一样的父母,它们是由不同的Xenobots共同制造出来的。

研究人员发现,如果将足够多的Xenobots放置在培养皿中彼此靠近,它们会聚集并将其他漂浮在溶液中的单个干细胞堆叠起来,用它们如同吃豆人形状的“嘴”将干细胞组装成“婴儿”Xenobots。几天后,这些“婴儿”就会变成外观和动作都跟母体一样的新Xenobots。然后这些新的Xenobots可再次出去寻找干细胞,并建立自己的“副本”,就这样周而复始,不断复制。

根据论文所述,研究人员观察到,当Xenobots被聚集成团时,它们在五天内形成了大约3000个细胞的球体。每个团块大约有半毫米宽,覆盖着微小的毛发状结构。而这一结构类似藻类的鞭毛,可以帮助Xenobots进行类似螺旋形游动。更有意思的是,单个Xenobot看起来似乎在进行一种有组织的协同工作,一道把松散的细胞拱到一起,由此产生的细胞堆逐渐形成了新的“Xenobots”,也就是复制体。

“这些青蛙细胞的复制方式与青蛙的繁殖方式大不相同,科学界已知的任何动物或植物都不会以这种方式进行复制”,本论文作者、塔夫茨大学、哈佛大学Wyss生物启发工程研究所博士后研究员萨姆·克里格曼Sam Kriegman表示。

简单来说,就是成群的青蛙干细胞聚集到一起,通过最终复制一个细胞自己。

因此,Xenobots成为全球第一个被发现以这种方式繁殖的多细胞生物体。

细胞簇自发的复制运动路线(来源:论文)

迈克尔·莱文指出,在最佳条件下制作一份副本大约需要五天时间。“后代”不会采用父代的 C 形体型,而是恢复为效率较低的原始球体形状,也没有大脑或消化系统,只是能编程罢了。

“机器人和有机体之间的区别并不像我们过去认为的那么明显。”莱文表示,Xenobots兼具机器人和有机体两者的属性。

该团队还指出,通过人工智能算法,可以设计出更容易复制的细胞集群,执行特定的工作。这意味着,未来这些经过设计的细胞簇可能无需任何外部干预,仅通过自我复制便可实现更大的价值。

科研团队在采访中强调,构建活体机器人,是人类破解“形态学代码”的一小步。可以帮助人类了解它们(青蛙细胞)是如何根据其(形态学代码领域)历史和环境来计算和存储信息的。而未来,他们希望Xenobots可以让某种体外组织,用于移植到病人身上,或直接用于病人身上,用于追踪肿瘤细胞,以及肠道中的细菌相互作用,更好的治疗和缓解病人的疾病问题。

研究者回应伦理问题:没有外界的帮助,这种细胞无法繁殖

这样一种可以自我繁衍的“活体”机器人的诞生,让一些围观者联想到了某些科幻小说、电影描绘的场景。一些网友评论说,这是“异形来了”,生怕科学家们造出了一种可以毁灭人类的致命生物兵器,消息一出引起了广泛的社会反响。

中国人民大学哲学院副教授王小伟认为,虽然这种忧虑带有浓厚的“科幻气质”,但焦虑本身是真实的。

杜克大学法学和哲学教授妮塔·法拉哈尼 (Nita Farahany) 表示,新技术中涉及到了一些伦理问题。“任何时候我们会被机器人试图驾驭生命...... (我们应该)认识到它可能会变得非常糟糕,”

不过,北京航空航天大学生物学教授叶盛指出,现阶段研究者们在实验室里造出的“活体”机器人,还没有离开实验室后在自然界里独立生存的能力,对环境的适应能力变得更强,自我复制的能力变得更强时,它跟大自然之间会产生什么相互作用和影响,恐怕就很难判断了。

换句话说,叶盛认为,短时间内,Xenobots活体机器人很难对我们的生物圈乃至人类社会产生威胁。“所以从长远来看,它的安全性的确是一个值得考虑的问题。但我想恰恰是因为安全性需要去考虑,所以我们现在才需要去研究它,我觉得两者是相辅相成的。”

Xenobots 3.0科研团队(左起):佛蒙特大学乔西·邦加德;塔夫茨大学和哈佛大学Wyss研究所迈克尔·莱文;塔夫茨大学道格·布莱克斯顿;塔夫茨大学的山姆·克雷格曼。图片来源:塔夫茨大学

针对于外界质疑的伦理问题,本论文作者,塔夫茨大学资深科学家道格·布莱克斯顿(Doug Blackiston)博士对钛媒体App表示,Xenobots细胞可以在室温下存活,在没有任何外部食物储备的情况下,最多能存活10到14天。如果研究人员没有为这个系统提供丰富的青蛙干细胞来源,这个系统就会崩溃,细胞14天后就会分解掉。所以,Xenobots没有外界的帮助,这种细胞是无法繁殖的。

道格·布莱克斯顿强调,伦理道德问题对于科学家来说十分敏感,所以对于涉及生物和动物材料的研究又完善的制度规定,有着多层次的监管。这些机器人完全被限制在实验室中,是可生物降解的,很容易被消灭,并经过了美国联邦、州和机构各级伦理专家的审查。

“科学研究必须确保通过一般性伦理准则,所以普通的用户不太需要过于担心。”研究团队接受钛媒体App采访时表示。

迈克尔·莱文则指出,青蛙细胞在存活时一直在蜕皮,当它们蜕皮的时候。通常有一些健康的细胞。而且14天后,这些细胞会在水中被分解掉,并且是无害的。

对于是否可以无限繁殖问题,迈克尔·莱文指出,在研究过程中他们发现,Xenobots自我繁殖现象在某种程度上是短暂的,自我复制只能持续1-2代,不能无限期繁殖。而且自我复制的形状并没有数十亿种,最终都是原始球体形状,即有“嘴”的圆形。

他强调,这种分子生物学和人工智能技术结合的成果有望用于人体和环境方面的许多任务,例如收集海洋中的微塑料、检查根系和再生医学等。

不过,中国人民大学哲学院副教授王小伟认为,目前Xenobot还停留在科学研究阶段,距离临床实际应用还有很多路要走。但未来,他认为,“活体机器人”或许还可以为外伤、先天缺陷、癌症、衰老等提供更直接、更个性化的药物治疗等。

科技部主管媒体《科技日报》评论称,这种活体机器人不能繁殖得过于疯狂,否则也令人担忧。第三代机器人的再生和修复能力,在人类医学上也颇有大展拳脚的潜力。

(本文首发钛媒体App,作者|林志佳)

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