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        全球首個(gè)活體機(jī)器人“生娃”,我們采訪了TA的締造者|鈦媒體深度
        時(shí)間:2021-12-04 16:42:38

        一年前誕生的全球首個(gè)活體機(jī)器人,如今可以“生孩子”了。

        據(jù)環(huán)球時(shí)報(bào)12月1日?qǐng)?bào)道,近日,美國(guó)佛蒙特大學(xué)和塔夫茨大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種全新的生物繁殖方式,并利用這一發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了有史以來(lái)第一個(gè)可自我繁殖的活體機(jī)器人——Xenobots 3.0。這一研究成果于10月29日發(fā)表在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。(詳見(jiàn)鈦媒體App前文:《人工智能的產(chǎn)物!全球首個(gè)活體機(jī)器人能“生娃”,但引來(lái)倫理爭(zhēng)議》)

        實(shí)際上,早在去年1月,鈦媒體App就報(bào)道了該研究團(tuán)隊(duì)用非洲爪蟾早期胚胎中的皮膚和心臟細(xì)胞組裝成一種全新的生命形式,創(chuàng)造出全球首個(gè)活體機(jī)器人“Xenobots”(異種機(jī)器人),可自我修復(fù)并自然分解;今年3月,團(tuán)隊(duì)將Xenobots升級(jí)到2.0,能夠使用像頭發(fā)一樣的纖毛“腿”自行推進(jìn),在物體表面上快速移動(dòng),并且能夠記錄信息。(詳見(jiàn)鈦媒體App前文:《全球首個(gè)活體機(jī)器人誕生:100%青蛙基因,遭破壞時(shí)可自愈》)

        如今,經(jīng)歷近兩年升級(jí)了兩次之后,Xenobots 3.0更進(jìn)一步,實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的自我繁殖能力。

        北京時(shí)間12月2日凌晨舉行的媒體采訪活動(dòng)上,本論文共同作者,塔夫茨大學(xué)再生與發(fā)育生物學(xué)中心負(fù)責(zé)人邁克爾·萊文(Michael Levin)在接受鈦媒體App的采訪時(shí)表示,多細(xì)胞系統(tǒng)集合可以做很多事情,比如進(jìn)行用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)真正的藥物遞送。

        “這篇研究實(shí)驗(yàn)已經(jīng)是一個(gè)驚人的“生物可塑性”的經(jīng)典案例,未來(lái)或可為外傷、先天缺陷、癌癥、衰老等提供更直接、更個(gè)性化的藥物治療。”邁克爾·萊文表示。

        科研團(tuán)隊(duì)還在采訪中透露,Xenobots可以在沒(méi)有任何外部食物儲(chǔ)備的情況下存活10到14天,因?yàn)樗鼈儚穆炎又蝎@得能量。一旦到14天后,這些細(xì)胞就會(huì)分解,無(wú)法繁殖。而且,Xenobots自我復(fù)制只能持續(xù)了1-2代。

        創(chuàng)造全球首個(gè)活體機(jī)器人的科研團(tuán)隊(duì)接受媒體線上采訪(第一排右邊是佛蒙特大學(xué)Joshua Bongard教授,第二排右側(cè)是塔夫茨大學(xué)Michael Levin教授),圖片由鈦媒體App編輯截圖

        兩年升級(jí)兩次,最終實(shí)現(xiàn)活體機(jī)器人“可繁殖”

        其實(shí)嚴(yán)格來(lái)講,Xenobots并不是傳統(tǒng)意義上的機(jī)器人。

        “機(jī)器人”一詞最早由捷克作家Karel Capek使用,專指人形奴。“bot”的原意指的就是奴隸,“Xeno”指的是“奇怪的,陌生的”意思。

        而Xenobots一點(diǎn)不像人。它長(zhǎng)得非常像“吃豆人”,造型有趣。此次全新升級(jí)的Xenobots 3.0僅有毫米大小,既不是傳統(tǒng)的機(jī)器人,也不是一種動(dòng)物。更嚴(yán)謹(jǐn)一些說(shuō),Xenobots是一種活的、可編程的有機(jī)體。

        從去年誕生到現(xiàn)在,Xenobots經(jīng)歷了從 1.0 到 3.0 的升級(jí)進(jìn)化,兩年升級(jí)了兩次,實(shí)現(xiàn)了從簡(jiǎn)單行走到自我發(fā)育繁殖,創(chuàng)造出全球首個(gè)可自我繁殖活體機(jī)器人。

        具體在Xenobots 1.0部分,去年1月,佛蒙特大學(xué)(UVM)計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授約書亞·邦加(Joshua Bongard),和馬薩諸塞州塔夫茨大學(xué)的Michael Levin及其同事,利用從青蛙胚胎干細(xì)胞中提取的活細(xì)胞,通過(guò)佛蒙特大學(xué)的Deep Green 超級(jí)計(jì)算機(jī)集群上的自研模型,創(chuàng)造出全球第一個(gè)毫米級(jí)“活體可編程機(jī)器人”Xenobots,發(fā)表在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。

        隨后在今年3月,團(tuán)隊(duì)將Xenobots升級(jí)到 2.0 版本。團(tuán)隊(duì)稱,在實(shí)驗(yàn)條件下,Xenobots這些細(xì)胞形成了小型結(jié)構(gòu),具有自我組裝,分組移動(dòng)并感知周圍環(huán)境,“自下而上”的自組織能力。這一研究成果登上了知名科學(xué)期刊美國(guó)《科學(xué)機(jī)器人》(Science Robotics)上。

        如今的Xenobots 3.0的研究突破在于,“活體機(jī)器人”可以實(shí)現(xiàn)自我復(fù)制能力。而且,Xenobots根本上是異種機(jī)器人,就是說(shuō),它的后代實(shí)際上沒(méi)有類似人類一樣的父母,它們是由不同的Xenobots共同制造出來(lái)的。

        研究人員發(fā)現(xiàn),如果將足夠多的Xenobots放置在培養(yǎng)皿中彼此靠近,它們會(huì)聚集并將其他漂浮在溶液中的單個(gè)干細(xì)胞堆疊起來(lái),用它們?nèi)缤远谷诵螤畹摹白臁睂⒏杉?xì)胞組裝成“嬰兒”Xenobots。幾天后,這些“嬰兒”就會(huì)變成外觀和動(dòng)作都跟母體一樣的新Xenobots。然后這些新的Xenobots可再次出去尋找干細(xì)胞,并建立自己的“副本”,就這樣周而復(fù)始,不斷復(fù)制。

        根據(jù)論文所述,研究人員觀察到,當(dāng)Xenobots被聚集成團(tuán)時(shí),它們?cè)谖逄靸?nèi)形成了大約3000個(gè)細(xì)胞的球體。每個(gè)團(tuán)塊大約有半毫米寬,覆蓋著微小的毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)。而這一結(jié)構(gòu)類似藻類的鞭毛,可以幫助Xenobots進(jìn)行類似螺旋形游動(dòng)。更有意思的是,單個(gè)Xenobot看起來(lái)似乎在進(jìn)行一種有組織的協(xié)同工作,一道把松散的細(xì)胞拱到一起,由此產(chǎn)生的細(xì)胞堆逐漸形成了新的“Xenobots”,也就是復(fù)制體。

        “這些青蛙細(xì)胞的復(fù)制方式與青蛙的繁殖方式大不相同,科學(xué)界已知的任何動(dòng)物或植物都不會(huì)以這種方式進(jìn)行復(fù)制”,本論文作者、塔夫茨大學(xué)、哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所博士后研究員薩姆·克里格曼Sam Kriegman表示。

        簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是成群的青蛙干細(xì)胞聚集到一起,通過(guò)最終復(fù)制一個(gè)細(xì)胞自己。

        因此,Xenobots成為全球第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)以這種方式繁殖的多細(xì)胞生物體。

        細(xì)胞簇自發(fā)的復(fù)制運(yùn)動(dòng)路線(來(lái)源:論文)

        邁克爾·萊文指出,在最佳條件下制作一份副本大約需要五天時(shí)間。“后代”不會(huì)采用父代的 C 形體型,而是恢復(fù)為效率較低的原始球體形狀,也沒(méi)有大腦或消化系統(tǒng),只是能編程罷了。

        “機(jī)器人和有機(jī)體之間的區(qū)別并不像我們過(guò)去認(rèn)為的那么明顯。”萊文表示,Xenobots兼具機(jī)器人和有機(jī)體兩者的屬性。

        該團(tuán)隊(duì)還指出,通過(guò)人工智能算法,可以設(shè)計(jì)出更容易復(fù)制的細(xì)胞集群,執(zhí)行特定的工作。這意味著,未來(lái)這些經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的細(xì)胞簇可能無(wú)需任何外部干預(yù),僅通過(guò)自我復(fù)制便可實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值。

        科研團(tuán)隊(duì)在采訪中強(qiáng)調(diào),構(gòu)建活體機(jī)器人,是人類破解“形態(tài)學(xué)代碼”的一小步。可以幫助人類了解它們(青蛙細(xì)胞)是如何根據(jù)其(形態(tài)學(xué)代碼領(lǐng)域)歷史和環(huán)境來(lái)計(jì)算和存儲(chǔ)信息的。而未來(lái),他們希望Xenobots可以讓某種體外組織,用于移植到病人身上,或直接用于病人身上,用于追蹤腫瘤細(xì)胞,以及腸道中的細(xì)菌相互作用,更好的治療和緩解病人的疾病問(wèn)題。

        研究者回應(yīng)倫理問(wèn)題:沒(méi)有外界的幫助,這種細(xì)胞無(wú)法繁殖

        這樣一種可以自我繁衍的“活體”機(jī)器人的誕生,讓一些圍觀者聯(lián)想到了某些科幻小說(shuō)、電影描繪的場(chǎng)景。一些網(wǎng)友評(píng)論說(shuō),這是“異形來(lái)了”,生怕科學(xué)家們?cè)斐隽艘环N可以毀滅人類的致命生物兵器,消息一出引起了廣泛的社會(huì)反響。

        中國(guó)人民大學(xué)哲學(xué)院副教授王小偉認(rèn)為,雖然這種憂慮帶有濃厚的“科幻氣質(zhì)”,但焦慮本身是真實(shí)的。

        杜克大學(xué)法學(xué)和哲學(xué)教授妮塔·法拉哈尼 (Nita Farahany) 表示,新技術(shù)中涉及到了一些倫理問(wèn)題。“任何時(shí)候我們會(huì)被機(jī)器人試圖駕馭生命...... (我們應(yīng)該)認(rèn)識(shí)到它可能會(huì)變得非常糟糕,”

        不過(guò),北京航空航天大學(xué)生物學(xué)教授葉盛指出,現(xiàn)階段研究者們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里造出的“活體”機(jī)器人,還沒(méi)有離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室后在自然界里獨(dú)立生存的能力,對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力變得更強(qiáng),自我復(fù)制的能力變得更強(qiáng)時(shí),它跟大自然之間會(huì)產(chǎn)生什么相互作用和影響,恐怕就很難判斷了。

        換句話說(shuō),葉盛認(rèn)為,短時(shí)間內(nèi),Xenobots活體機(jī)器人很難對(duì)我們的生物圈乃至人類社會(huì)產(chǎn)生威脅。“所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,它的安全性的確是一個(gè)值得考慮的問(wèn)題。但我想恰恰是因?yàn)榘踩孕枰タ紤],所以我們現(xiàn)在才需要去研究它,我覺(jué)得兩者是相輔相成的。”

        Xenobots 3.0科研團(tuán)隊(duì)(左起):佛蒙特大學(xué)喬西·邦加德;塔夫茨大學(xué)和哈佛大學(xué)Wyss研究所邁克爾·萊文;塔夫茨大學(xué)道格·布萊克斯頓;塔夫茨大學(xué)的山姆·克雷格曼。圖片來(lái)源:塔夫茨大學(xué)

        針對(duì)于外界質(zhì)疑的倫理問(wèn)題,本論文作者,塔夫茨大學(xué)資深科學(xué)家道格·布萊克斯頓(Doug Blackiston)博士對(duì)鈦媒體App表示,Xenobots細(xì)胞可以在室溫下存活,在沒(méi)有任何外部食物儲(chǔ)備的情況下,最多能存活10到14天。如果研究人員沒(méi)有為這個(gè)系統(tǒng)提供豐富的青蛙干細(xì)胞來(lái)源,這個(gè)系統(tǒng)就會(huì)崩潰,細(xì)胞14天后就會(huì)分解掉。所以,Xenobots沒(méi)有外界的幫助,這種細(xì)胞是無(wú)法繁殖的。

        道格·布萊克斯頓強(qiáng)調(diào),倫理道德問(wèn)題對(duì)于科學(xué)家來(lái)說(shuō)十分敏感,所以對(duì)于涉及生物和動(dòng)物材料的研究又完善的制度規(guī)定,有著多層次的監(jiān)管。這些機(jī)器人完全被限制在實(shí)驗(yàn)室中,是可生物降解的,很容易被消滅,并經(jīng)過(guò)了美國(guó)聯(lián)邦、州和機(jī)構(gòu)各級(jí)倫理專家的審查。

        “科學(xué)研究必須確保通過(guò)一般性倫理準(zhǔn)則,所以普通的用戶不太需要過(guò)于擔(dān)心。”研究團(tuán)隊(duì)接受鈦媒體App采訪時(shí)表示。

        邁克爾·萊文則指出,青蛙細(xì)胞在存活時(shí)一直在蛻皮,當(dāng)它們蛻皮的時(shí)候。通常有一些健康的細(xì)胞。而且14天后,這些細(xì)胞會(huì)在水中被分解掉,并且是無(wú)害的。

        對(duì)于是否可以無(wú)限繁殖問(wèn)題,邁克爾·萊文指出,在研究過(guò)程中他們發(fā)現(xiàn),Xenobots自我繁殖現(xiàn)象在某種程度上是短暫的,自我復(fù)制只能持續(xù)1-2代,不能無(wú)限期繁殖。而且自我復(fù)制的形狀并沒(méi)有數(shù)十億種,最終都是原始球體形狀,即有“嘴”的圓形。

        他強(qiáng)調(diào),這種分子生物學(xué)和人工智能技術(shù)結(jié)合的成果有望用于人體和環(huán)境方面的許多任務(wù),例如收集海洋中的微塑料、檢查根系和再生醫(yī)學(xué)等。

        不過(guò),中國(guó)人民大學(xué)哲學(xué)院副教授王小偉認(rèn)為,目前Xenobot還停留在科學(xué)研究階段,距離臨床實(shí)際應(yīng)用還有很多路要走。但未來(lái),他認(rèn)為,“活體機(jī)器人”或許還可以為外傷、先天缺陷、癌癥、衰老等提供更直接、更個(gè)性化的藥物治療等。

        科技部主管媒體《科技日?qǐng)?bào)》評(píng)論稱,這種活體機(jī)器人不能繁殖得過(guò)于瘋狂,否則也令人擔(dān)憂。第三代機(jī)器人的再生和修復(fù)能力,在人類醫(yī)學(xué)上也頗有大展拳腳的潛力。

        (本文首發(fā)鈦媒體App,作者|林志佳)

        關(guān)鍵詞: 機(jī)器人 細(xì)胞 xenobots 活體 鈦媒體 塔夫茨大學(xué) app 青蛙

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