引用出生半個小時就學會了使用工具，一個小時掌握了整個空間站的結構，兩個小時就將人類身體的構造瞭如指掌。
誰也沒想到，它在兩個小時前，還是一個單細胞生物。
這是來自電影《異星覺醒》劇情。這部片講述了人類因為低估了一個來自外太空的單細胞生物，最終讓地球陷入生死存亡的故事。
▲圖片來自：《異星覺醒》
打開潘多拉魔盒的電影橋段並不少見，然而在生活中，這樣的劇情也正在發生。
近日，由美國佛蒙特大學計算機科學家和塔夫茨大學生物學家所組成的團隊，成功創造出人類史上首個活體機器人。
與傳統的機器人不同，它不是由木材、塑料或者金屬構成，它 100% 由活體細胞組成，但又受人工控制，是一種活的可編程的生物。
將這種生物帶到世界上的研究人員表示：
引用這是一種全新的生命形式，它從來沒有在地球上出現過。
首個活體機器人 Xenobots 就這樣誕生了
大家都知道，創造一個機器人分兩步，第一步，設計圖紙。第二步，根據圖紙製造出機器人。
製作 Xenobots 也是一樣。
首先，研究團隊利用超級計算機集羣 Deep Green 通過一系列的排列組合，設計出了數千個不同的機器人形態，然後再嘗試從中找出最佳方案。那麼怎麼才算最佳形態呢？
這個你説了不算，我説了也不算。所以研究團隊就利用機器算法，模擬出了大自然當中的「自然選擇」。
算法會給這些候選者設計不同的任務，例如誰能跑得最遠、誰能「背」更多東西等。然後再讓這些不同的機器人去一遍又一遍地模擬進行這些任務，表現好的留下繼續改造升級，表現不好的直接下崗。
而且為了避免有漏網之魚，利用計算機虛擬環境和真實物理環境之間存在差異的「漏洞」來獲得好成績，成績優秀的機器人還會通過一個魯棒性過濾器以及 build 過濾器。
具體是怎麼過濾的，這裏就不展開講了。總而言之，經過兩重過濾後，那些利用現實條件無法制造又或者在真實環境中無法保留的設計都會被篩選出來，確保留下來的都是高精尖的「種子選手」。
最終，在歷時數個月，算法獨立運行了上百次之後，研究團隊最終獲得了由 500 到 1000 個皮膚細胞和心臟細胞所構成的「最佳設計圖紙」。
在確定了設計方案之後，研究團隊就要考慮怎麼把這個機器人真正地做出來了。
想要構造生物系統，首先要製造細胞單元，也就是這個活體機器人的原材料。
首先，研究團隊收集了一些以皮實且容易繁殖著稱的非洲爪蛙。當然，這些蛙身上的皮膚細胞和心臟細胞已經成型，難以改造，不能直接拿來用。
▲ 非洲爪蛙
所以研究人員要先從這些蛙的胚胎中獲取胚胎幹細胞，然後再通過誘導讓這些幹細胞進行體外分化，分化成皮膚細胞和心臟細胞。
在這裏解釋一下為什麼是皮膚細胞以及心肌細胞。選擇心肌細胞是因為需要機器人動起來，雖然肌肉細胞也會收縮，能動，但卻需要受外界刺激，而只有心肌細胞是可以自主收縮的。至於表皮細胞則可以為心臟細胞的收縮提供彈性。
▲ 綠色為皮膚細胞，紅色為心肌細胞
在獲得了組裝的材料之後，研究人員再通過顯微鏡、極小的鑷子以及電極等工具，再按照圖紙對這些細胞進行一系列的連接以及塑形。最終直徑為 650 微米到 750 微米，100% 由活體細胞組成的四足機器人 Xenobots 就誕生了。
在下圖中，上方的就是設計模型，下方的就是 Xenobots 本體。
這樣看着，居然還有點可愛？
但除了可愛之外，它的本領，可能也超乎你想象。
旋轉、跳躍，我不停歇…….
Xenobots 的研究團隊將他們的研究成果發表了《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，根據論文顯示，Xenobots 的誕生之後的表現，有些出乎了他們的預料。
原先，各個心肌細胞之間的收縮活動是不同步的，而且不帶任何規律。但當這些細胞組合在一起，成為了一整個個體之後，奇怪的事出現了。
Xenobots 細胞和細胞之間自動開始了協同工作，互相協作，讓 Xenobots 實現了連貫的移動前行。這個進度似乎出乎了研究人員的預料。
根據 DeepTech 向該研究團隊的主導人 Josh Bongard 進行採訪時，對方表示，研究團隊將 Xenobots 進行了翻轉，而在翻轉過後，Xenobots 表現得就像一個被翻轉過來的烏龜一樣四腳朝天不再運動。
▲ 下方 Xenobots 被翻轉後停止了前行
這個舉動表明，Xenobots 的向前運動是人工設計的結果，而非來自偶然。
在實現了前行之後，研究團隊還成功地讓 Xenobots 實現了
繞圈、
推動物體。
甚至，他們還打算在 Xenobots 身上開個洞，讓它學會 “運貨”。
能夠自我毀滅，也能夠自我修復
上面説到運貨，相信大家都能想到其中一個應用場景，那就是讓機器人在人體內定點投送藥物。
其實在此之前也有不少研究希望通過微型機器人將藥物定點送達到人體的具體部位。
但這些「機器人先輩」都有一個共同的缺點，那就是不能完全被降解，也很容易讓人體產生排斥反應。
對於這個問題，Xenobots 有着先天的優勢，它能夠被完全降解。
由於機器人不能「進食」，所以他們的運動只能靠細胞內原有的儲能物質供能，一旦儲能物質耗光，Xenobots 就會自我毀滅，留下的就是一坨有機細胞，很容易能被完全降解。
至於排斥反應的問題，在接受採訪時， Josh Bongard 表示，直接用患者的細胞來組建機器人問題就能解決了。為此，他們下一步將嘗試使用哺乳動物的細胞來創建機器人。
除了能夠按照設計運動、能夠受控自我毀滅之外，研究人員還發現了 Xenobots 的一個了不起的能力：自愈
研究人員嘗試將 Xenobots，沒過多久，它就開始進行自我癒合，再沒過多久，它就恢復成了切開前的樣子，繼續不知疲倦地往前爬了。
▲ 被切開後自愈
利用上述這些特點，Xenobots 未來的應用場景十分廣泛，除了能夠在人體內投放藥物以外，還能在動脈血管中刮除各種由血脂組成的堵塞物，也能大量投放在海洋當中清除海洋上的垃圾，甚至可以用來尋找危險化合物和放射性污染物。
從這方面看，這些機器人的未來，是可期的。
人類擔心的事情還是發生了
除了廣泛的應用場景之外，Xenobots 的出現，對於科研來説，也具有重大的意義。
從農業文明開始，人類就學會了操控有機生物，而隨着基因技術的發展，改變甚至是直接複製一個有機生物體也已非一件新鮮事。
▲ 克隆猴
而這項研究的意義就在於，這是人類有史以來的第一次，從一開始就設計的生物機器人。這也為設計「可重構生物」提供更加廣闊的方法。論文作者表示：
引用從基因上講，它們是青蛙。我們用的是 100％ 的青蛙 DNA，但這些機器人並不是青蛙。
這些青蛙細胞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，更是向着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。
但這也有可能是一件可怕的事。
在對 Xenobots 報道時，外媒 Wired 對這種技術形容為：
引用毛骨悚然。
Wired 的擔心，並非毫無道理。
正如開頭所説，這是一種全新的生命形式，它們從來沒有在地球上出現過。雖然説是機器人，但這本質上也還是一個生命體。
科幻電影從來不乏這樣的橋段：人類取代了上帝的角色，捏造新物種。但創造出來的生命擁有了自己的意識思維，最終變得不受控制。
如果説這樣的橋段就是人類打開潘多拉魔盒的話，那麼這次的發現無疑就是打開這個魔盒關鍵性的一步。
該論文的共同作者 Sam Kriegman 坦誠，「活體機器人」在未來將很有可能具備神經系統和認知能力，所以在發現此類機器人後，制定完備的政策相當有必要。
斯坦福大學法學教授，生物醫學倫理學研究中心指導委員會主席 Hank Greely 同意這種説法，他表示：
引用雖然現在的研究遠沒有創造出類似人的東西，但倫理的問題需要及早關注，社會也應該也應該更加關注該技術的發展。畢竟這很有可能是一個改變世界、改變人類社會的新發現。
資料來源：愛範兒（ifanr）
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