您当前的位置:中国亲子品牌网资讯正文

全球首个活体机器人诞生可编程会自愈由超级计算机规划

放大字体  缩小字体 2020-01-14 22:15:17 作者:责任编辑NO。谢兰花0258

科学家们发明了国际上榜首个由青蛙干细胞生成的有生命的自愈机器人。

当地时刻 1 月 13 日,美国佛蒙特大学(University of Vermont)在其官网上发布新闻稿,声称佛蒙特大学与塔夫茨大学(Tufts University)的研讨团队一起展开研讨,使用非洲爪蟾前期胚胎中的皮肤细胞和心脏细胞,发明出了首个活体机器人“xenobots”(异种机器人)。这项研讨已宣布在 1 月 13 日的国际尖端学术期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

【 图片来自:University of Vermont所有者:University of Vermont 】

雷锋网了解到,xenobots 以非洲爪蛙的姓名“Xenopus laevis”命名,不到 1 毫米宽的 xenobots 可以向方针移动,也可拿起物体(比方需求运送到患者体内特定方位的药物),受伤后还可自愈创伤。

佛蒙特大学核算机科学家、机器人专家 Joshua Bongard 是这项研讨的联合负责人,他标明:

它们既不是传统的机器人,也不是已知的一种动物物种。这是一种新的人工制品——一种活的、可编程的有机体。

xenobots 由佛蒙特大学的超级核算机规划,然后由塔夫茨大学的生物学家拼装和测验。塔夫茨大学再生与发育生物学中心主任 Michael Levin 说:

不难幻想,这些机器人有许多其他机器做不到的使用,比方寻觅有害化合物或放射性污染物、在海洋中搜集微塑料、在动脉中穿行,铲除牙菌斑等等。

“定制”的生命体系

众所周知,至少自农业呈现以来,人类就一向在为本身利益操作生物,基因修改也渐渐变得遍及。曩昔几年里,人类现已经过仿照其他动物的体型,制作出了一些人工生物,但研讨小组标明,这是有史以来榜首次“彻底从头开端规划的生物机器”。

大体上,xenobots 的发明进程有两步。

榜首步,使用佛蒙特大学的佛蒙特高档核算中心(Vermont Advanced Computing Core)的 Deep Green 超级核算机集群,研讨团队(包含榜首作者和博士生 Sam Kriegman)用了几个月的时刻,用进化算法为这一新的生命方法规划了上千个规划

为完结任务(比方朝一个方向移动),核算时机一遍遍地将几百个模仿细胞从头组合成很多的方法或身体形状。跟着程序的运转——由关于单个青蛙皮肤和心脏细胞能做什么的生物物理学根本规矩驱动——更成功的模仿生物被保存、优化,而失利的则被扔掉。在对算法进行 100 次独立运转之后,科学家选出了最满足的规划,用于下一步研讨。

【 图片来自:University of Vermont所有者:University of Vermont 】

第二步,Michael Levin 带领的塔夫茨大学团队和显微外科医生 Douglas Blackiston 要做的就是要害一步——将电脑规划变成实际

他们先从非洲蛙种非洲爪蟾的胚胎中搜集干细胞,将其别离成单个细胞并孵育,然后用小镊子和更小的电极,将细胞切开并在显微镜下衔接,使其十分接近于核算机指定的规划。

这样,这些细胞被拼装成了自然界从未见过的形体,随后它们便开端一起作业了。经过上述一番操作,皮肤细胞构成了一个愈加被迫的结构,而心肌细胞本来无序的缩短则在电脑规划的指导下,在自组织方法的协助下,发生有序的向前运动,这也就是机器人完结自行移动的要害。

当然,在研讨进程中,不免会有一些意想不到的成果,但有时这些成果也促成了新的发现。

研讨者们注意到,这些可重组的有机体可以以一种衔接的方法移动,并且在胚胎能量贮存的驱动下,用数天乃至数周时刻探究它们的水环境,可是反过来的时分却失利了,就像甲虫翻跟头相同。

后来,实验标明,成群的 xenobots 会绕着圈移动,并团体自发地把一个小球推到中心方位。其他 xenobots 则在中心挖开一个洞,然后削减阻力。而在模仿进程中,科学家们发现把这个洞作为一个袋子,它们能成功地带着物体。

佛蒙特大学核算机科学与杂乱体系中心教授 Josh Bongard 标明:

这是电脑规划的生物向智能药物运送范畴迈出的一步。

“有生命”的技能

咱们咱们都知道,许多机器、硬件产品等都是由钢、混凝土或塑料等原料制成的,这当然有其道理(比方质量有确保),但有时也不免会构成生态和人类健康问题——比方日益严重的海洋塑料污染。

相比之下,Josh Bongard 标明:

xenobots 有自我再生修正机制,并且当它们停止作业、逝世时,一般也不会对外界环境带来损坏,它们是彻底可生物降解的。七天后当它们完结作业时,它们就仅仅死皮细胞。

【 图片来自:University of Vermont雷锋网注:图为 Josh Bongard 】

别的,笔记本电脑当然强壮,但要是把它摔成两半,或许就无法作业了。但科学家们把 xenobots 切成两半后,发现它们可以自愈,然后继续前进,这是传统的机器无法做到的。

破解暗码

一起,研讨者也标明,他们对细胞沟通、衔接潜力的研讨,现已深化到对核算科学和对生命的了解中。

Michael Levin 说:

当时一个重要的问题就是了处理议方法和功用的算法。基因组可以编码蛋白质,但硬件怎么让细胞在各种不同的条件下协作,然后进行功用性解剖,这还等着咱们去发现。

一起,为了使有机体开展并起效果,有机核算一向在有机体的细胞内和细胞间进行,而不单单是在神经元内。这些几许特性是经过生物电学、生物化学和生物力学进程构成的,正如 Michael Levin 所说:

这些进程在 DNA 指定的硬件上运转,是可从头配置的,也使得新的生命方法成为或许。

现在,许多人忧虑技能的飞速开展和越来越杂乱的生物操作会带来负面影响。对此,Michael Levin 标明:

这种惊骇不是没有道理,当咱们开端耍弄连咱们自己都不了解的杂乱体系时,成果或许很难幻想。假如人类要在未来生计下去,就需求更好地了解杂乱的性质是以何某种方法从简略的规矩中发生的。大部分科学都会集在操控“初级规矩”上,咱们还有必要了解“高档规矩”。

Michael Levin 以为,这项研讨关于处理人们心中的惊骇有积极意义,这也是研讨团队的一项意外收成。

viaUniversity of Vermont,雷锋网编译。