现在，一组科学家重新利用了从青蛙胚胎中提取的活细胞，并将它们组装成全新的生命形式。这些毫米级的“异种机器人”可以朝目标移动，也许会捡起有效载荷（例如需要运送到患者体内特定位置的药物），并在切割后自行愈合。
佛蒙特大学的计算机科学家和机器人专家Joshua Bongard说：“这些都是新颖的生活机器中国机械网okmao.com。” “它们既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种。它是一类新的人工制品：一种活的可编程生物。”
这些新生物是在UVM的超级计算机上设计的，然后由塔夫茨大学的生物学家组装和测试。塔夫茨大学再生与发育生物学中心的负责人迈克尔·莱文说：“我们可以想象这些活着的机器人在许多有用的应用中是其他机器无法做到的，就像寻找令人讨厌的化合物或放射性污染，收集微塑料一样。”在海洋中，在动脉中刮擦斑块。”
这项新研究的结果发表在1月13日的《美国国家科学院院刊》上。
定制的生活系统
至少从农业的曙光开始，人们就一直在为人类的利益而操纵生物，遗传编辑正变得越来越普遍，并且在过去的几年中已经人工组装了一些人造生物，复制了已知动物的体型。
但是，该研究小组有史以来第一次“从头开始完全设计生物机器”。
在UVM的Vermont Advanced Computing Core的Deep Green超级计算机集群上进行了数月的处理后，团队（包括主要作者和博士生Sam Kriegman）使用了一种进化算法，为新的生命形式创建了数千个候选设计。
尝试完成科学家分配的任务（例如在一个方向上移动），计算机将一遍又一遍地将数百个模拟细胞重新组装成无数形式和身体形状。当程序运行时，受有关青蛙蛙皮肤和心脏细胞的生物学基本规则的驱动，成功的模拟生物得以保留和改良，而失败的设计则被抛弃。在算法独立运行一百次之后，选择了最有前途的设计进行测试。
佛蒙特大学和塔夫茨大学的科学家团队在UVM超级计算机上设计了活机器人。然后，在塔夫茨大学，他们重新利用了活蛙细胞-并将它们组装成全新的生命形式。这些微小的“异种机器人”可以自行移动，环绕目标并在被切割后自行愈合。
这些新颖的生活机器既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种。它们是一类新的人工制品：一种活的可编程生物。有一天，它们可以用于各种任务，例如寻找放射性污染，在海洋中收集微塑料或在人的动脉中刮擦斑块。
然后，在莱文（Levin）的带领下，在塔夫茨（Tufts）的团队以及显微外科医师道格拉斯·布莱克斯顿（Douglas Blackiston）的关键工作下，将计算机设计转移到了生活中。首先，他们收集了从非洲蛙（非洲爪蟾）的胚胎中收获的干细胞。（因此名称为“ xenobots”。）将它们分成单个细胞，然后进行孵育。然后，使用微小的镊子和均匀的电极，将细胞切割并在显微镜下连接成计算机指定设计的近似值。
这些细胞组装成自然界中从未见过的身体形态，开始协同工作。皮肤细胞形成了更为被动的结构，而曾经随机收缩的心肌细胞开始工作，在计算机的设计指导下，并在自发的自组织模式的帮助下，使有序的向前运动成为可能，从而使机器人得以继续前进。拥有。
这些可重配置的生物体能够以连贯的方式移动，并能在数天或数周的时间内探索它们的水环境，并依靠胚胎储能。翻了个身，但是他们失败了，就像甲虫倒在地上。
后来的测试表明，异种机器人会绕圈运动，将颗粒自发地和集体地推到中央位置。其他的则建有一个穿过中心的孔，以减少阻力。在这些的模拟版本中，科学家们能够将这个孔重新定位为可成功携带物体的小袋。UVM的计算机科学和复杂系统中心系教授Bongard说：“这是朝着使用计算机设计的生物体进行智能药物输送迈出的一步。”
生活技术
许多技术是由钢，混凝土或塑料制成的。这可以使它们强大或灵活。但是它们还会造成生态和人类健康问题，例如海洋中日益严重的塑料污染祸害以及许多合成材料和电子产品的毒性。邦加德说：“活组织的缺点是它薄弱并且会降解。”
“这就是我们使用钢铁的原因。但是，有机体具有45亿年的再生自生能力并持续了数十年的实践。” 当他们停止工作时（死亡），它们通常会无害地分崩离析。邦加德说：“这些异种机器人是完全可生物降解的，当他们在工作七天后完成工作时，它们只是死了的皮肤细胞。”
您的笔记本电脑是一项强大的技术。但尝试将其切成两半。不太好用。在新的实验中，科学家切割了异种机器人并观察了发生的情况。邦加德说：“我们将机器人切成两半，然后将自己缝合起来，然后继续前进。” “这是典型机器无法做到的。”
破解代码
Levin和Bongard都表示，他们已经学到的有关细胞如何进行通讯和连接的潜能已深入到计算科学和我们对生命的理解中。莱文说：“生物学的最大问题是了解决定形式和功能的算法。” “基因组编码蛋白质，但是转化性的应用正在等待我们发现这种硬件如何使细胞能够在非常不同的条件下进行功能解剖的合作。”
使用计算机设计创建体内活体机器（称为xenobots）的定时记录正在操纵和组装的细胞。这些新颖的生活机器人是由塔夫茨大学和佛蒙特大学的团队创建的。
为了使有机体得以发展和发挥功能，许多信息共享与合作（有机计算）一直在细胞内和细胞间进行，而不仅限于神经元内。这些新兴的几何特性是由生物电，生物化学和生物力学过程所塑造的，“这些过程在DNA特定的硬件上运行，”莱文说，“这些过程是可重新配置的，从而实现了新颖的生活形式。”
科学家们看到了他们新的PNAS中介绍的工作研究（“用于设计可重构生物的可扩展管道”）中视为这种生物电代码的见解应用于生物学和计算机科学的第一步。“究竟是什么决定了细胞协同作用的解剖结构？” 莱文问。“您观察我们一直在用异种机器人构建的细胞，并且从基因上讲，它们是青蛙。它是100％的青蛙DNA，但是这些不是青蛙。然后，您问，那么，这些细胞还能构建什么？ ？
莱文说：“正如我们所展示的，这些青蛙细胞可以被哄骗成有趣的生物形式，这与它们的默认解剖结构完全不同。” 他和UVM和Tufts小组的其他科学家在DARPA的“终身学习机器”计划和美国国家科学基金会的支持下，认为构建异种机器人是迈向破解他所谓的“形态学代码”的一小步，从而提供了更深入的了解生物的整体组织方式以及它们如何根据其历史和环境来计算和存储信息。
佛蒙特大学的计算机科学家，机器人技术专家约书亚·邦加德（Joshua Bongard）共同领导了一项新研究，该研究导致了新一类人工制品的产生：一种活的可编程生物体，称为异种机器人。图片来源：UVM的约书亚·布朗（Joshua Brown）
未来的冲击
许多人担心迅速的技术变革和复杂的生物操纵的影响。莱文说：“这种恐惧并非没有道理。” “当我们开始搞一些我们不了解的复杂系统时，我们将得到意想不到的后果。” 许多复杂的系统（例如蚁群）都以一个简单的单元-蚂蚁开始，因此无法预测它们的菌落形状或如何通过相互连接的物体在水上架起桥梁。
莱文说：“如果人类要在未来生存下去，我们就需要更好地理解简单规则如何产生复杂的属性。” 他说，许多科学都集中在“控制底层规则。我们还需要了解高层规则”。“如果您想要一个有两个而不是一个的烟囱的蚁丘，您如何修改这些蚁？我们不知道。”
莱文说：“我认为社会绝对有必要对结果非常复杂的系统进行更好的处理。” “要做到这一点的第一步是探索：生命系统如何决定整体行为应该是什么，以及我们如何操纵碎片来获得我们想要的行为？”
换句话说，“这项研究对解决人们所担心的事情做出了直接贡献，这是意想不到的后果，”莱文说-无论是自动驾驶汽车的迅速到来，改变基因驱动力来消灭整个家族病毒，或将逐渐改变人类体验的许多其他复杂的自治系统。
UVM的乔什·邦加德（Josh Bongard）说：“生活中蕴含着所有与生俱来的创造力。” “我们想更深入地了解这一点，以及我们如何指导并将其推向新的形式。”