人类有史以来第一批活体机器人！美国国家科学院出品！劈成两半还能自愈！Xenobots机器人到底是什么？

从人类历史的长河来看，对于制造新型生物机器人的追求，一直是我们的梦想。这一梦想源于对生命奥秘的渴望，以及对解决细胞衰老、肢体重生等生命难题的憧憬。早在十八世纪，科学家们就意识到电流与生命之间的微妙联系，这种理论是如此引人入胜，以至于迅速进入了文学和艺术领域。玛丽·雪莱的小说《科学怪人》就是一个绝佳的例子。尽管早期理论富有启发性，但实际上，我们对生物电信号的研究面临巨大挑战。我们长久以来一直在寻找新生的条件，直到最近，“xenobots”生物机器人的出现为我们带来了突破性的进展。

那么，“xenobots”究竟是什么呢？简而言之，它是一种全新的生命形态。通过佛蒙特大学和塔夫茨大学的科学家们在UVM超级计算机上的设计，这些活体机器人既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种，而是全新的人工制品：一种活的可编程生物！

这些生物机器人的诞生过程充满了创新和探索。科学家们利用青蛙胚胎中的活细胞，将其组装成全新的生命形式。这些毫米级的“xenobots”能够自行移动、环绕目标，并在受到损伤后自我修复。他们的出现，代表着生物技术与机器人技术的完美结合。

想象一下，这些活体机器人在未来的应用场景中可能会发挥巨大的作用。它们可以用于寻找放射性污染、在海洋中收集微塑料，甚至在人的动脉中刮擦斑块。塔夫茨再生与发育生物学中心的负责人迈克尔·莱文指出，这些活体机器人在许多有用的场景中都具有独特性，其功能是其他机器无法比拟的。

而这些“xenobots”的诞生，也许代表着人类发展的一个全新方向。目前，人类制品大多由钢、混凝土、化学药品和塑料制成，虽然这些材料在一段时间内会降解，但往往伴随着生态和健康方面的副作用。使用能够自我讲解和生物相容的材料构建技术，成为了人类发展的必然趋势。生命系统比任何现有技术都更加完善、多样化，而“xenobots”正是这种理念的完美体现。

美国的科学家们提出了一种全新的方法：用AI在计算机中自动设计新的生命形式，然后使用生物实验将理论中的设计转化为现实。佛蒙特大学和塔夫茨大学的科学家通过这种方法，成功地从计算机模拟中设计出“xenobots”的生物结构，然后由生物学家进行组装和测试。这一技术的出现，为我们设计和部署用于各种功能的个性化定制生活系统铺平了道路。

尽管目前这一流程还需要人工干预，但随着技术的不断进步，未来我们将能够实现完全自动化，从而创造出更多功能新颖、多样化的生物机器人。这些生物机器人的出现，将为我们打开一扇全新的大门，让我们更加深入地探索生命的奥秘，并为我们带来更多的可能性。全新生命形态诞生：佛蒙特大学研究团队开创生物机器人时代

随着最新研究成果的发布，生物机器人领域迎来了前所未有的突破。佛蒙特大学的乔什·邦加德教授领衔的研究团队在《美国国家科学院院刊》上宣布，他们成功实现了“完全无参照从零开始设计具备完全生物体体征的机器人”的壮举。

这一成就并非偶然，而是多学科进步下的必然结果。自农业起源以来，人类一直在努力改造和操纵生物。随着遗传基因编辑技术的普及和生物技术的不断进步，人造生物的研发已成为可能。实验室中，复制已知动物身体形态的例子屡见不鲜。

此次研究的独特之处在于，研究团队运用了超级计算机和AI技术。经过数月Deep Green超级计算机集群的处理，科学家们开发了一种进化算法，生成数千个候选设计。在此基础上，生物学家们尝试完成科学家分配的任务，计算机则不断模拟和改良设计。经过无数次的模拟和筛选，最终诞生了具有可能性的进化体。

受到青蛙生物物理基本规则的启发，研究团队不断模拟生物体，完善生物编辑的基本规则。他们通过筛选保留和改良有可能的设计，淘汰失败的设计，最终在算法独立运行一百次后成功选择出最有前途的设计体进行测试，并获得了成功。这些设计的机器人被称为“xenobots”。

这些细胞组成的身体形态在自然界中从未出现过，但它们开始协同工作，形成独特的生命体。在微型计算机的设计指导下，皮肤细胞和心肌细胞协同工作，使机器人能够有序前进。这些可重构的有机体被证明能够以连贯的方式移动，并能在数天或数周的时间内生存，探索周围的水环境。

xenobots的应用前景广阔。它们能在医疗领域发挥重要作用，例如进行智能药物输送。与传统的医疗机器人相比，xenobots由生物组织构成，具有可降解的优点，不会造成生态和人类健康问题。xenobots还具有自我修复的能力，这是传统机器人无法比拟的。

邦加德教授表示：“我们的笔记本电脑是一项强大的技术，但无法像xenobots一样自我修复。我们将机器人切成两半，它能自行缝合并继续前进。”这一特性让人联想到电影中的场景，为生物机器人的未来发展提供了无限想象。

随着研究的深入，我们有理由相信，生物机器人的时代即将到来。它们的出现将为我们带来更多的惊喜和可能性，为医疗、环保等领域带来革命性的变革。揭开形态学代码的秘密

Levin和Bongard均指出，人类对细胞沟通和连接机制的理解，已经深入到了计算科学和生命本质的领域，并且在他们的研究中得到了充分的展现。Levin认为，当前生物学面临的最大挑战在于解析生物形态背后的算法，了解这些算法如何将基因组的指令转化为具体的生命功能。例如，如何模拟硬件来模仿细胞在多变环境下的协同工作，是一个巨大的难题。

为了攻克这一难题，让有机体能够发展和发挥功能，他们想到了细胞内的信息共享和合作单元（有机计算），这些单元不仅在神经元内运作，更贯穿于细胞之间。莱文提到：“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共同塑造的，这些过程在DNA特定的硬件上运行，具有可重构性，从而催生出新的生命形态。”

通过计算机模拟设计，科学家们创造了xenobots的体内活体延时记录，并细致地观察了通过计算机操作和组装细胞的过程。这项研究是塔夫茨大学道格拉斯·布莱克斯顿团队的一项重要工作。科学家们提出的“用于设计可重构生物的可扩展管道”研究，是将生物电代码的理解应用于生物学和计算机科学的初步尝试。莱文提出了一个关键问题：“是什么决定了细胞协同工作的解剖结构？”他进一步指出，虽然他们利用xenobots构建的细胞本质上是青蛙的DNA，但它们也可以超越基因界限，那么这些细胞还有什么其他可能性呢？

莱文表示：“我们的研究表明，这些青蛙细胞可以被编程，形成与默认解剖结构完全不同的有趣生物形态。”他和他的团队在DARPA的“终身学习机器人”计划、UVM的支持下，仍在深入研究。他认为，构建xenobots只是破解他所谓的“形态学代码”的第一步，接下来的目标是深入了解生物的整体组织方式，并探索它们如何利用自身的历史和环境进行信息计算和存储。

未来的影响

面对快速技术变革和复杂生物操作的挑战，许多人表达了担忧。莱文指出，这种担忧并非空穴来风，因为在面对未知复杂系统时，我们可能会遇到无法预见的后果。这个过程是不可避免的。他以蚁群为例，说明复杂的系统往往源于简单的个体行为。如果我们不能理解这种形态学原理，我们就无法预测它们如何构建复杂的结构。莱文认为，为了应对未来的挑战，我们需要更好地理解复杂属性如何从简单规则中诞生。他说，我们需要掌控底层规则的也需要了解高层规则来进行顶层设计。

莱文强调社会需要积极应对结果复杂的系统，而不是因为恐惧而回避。他提出了一系列问题来引导我们探索：生命系统是如何决定整体行为的？我们如何理解和操作这些规则来获得我们想要的结果？他说：“这项研究对于解决人们担忧的问题具有直接贡献，无论是自动驾驶汽车的普及，还是基因编辑技术的运用，甚至是其他复杂的自治系统，都将逐渐改变人类的生活体验。”

UVM的Bongard总结道：“生命的创造力蕴含在每一次的进化之中，我们只需更深入地理解它、引导它并推动其走向新的形式。”这是我们对未来的期待和追求。