人工智能用活体组织创造了机器人。然后他们开始繁殖....来见见异种机器人吧
科学家们正在使用有生命的材料制造一些被认为是有生命的机器，现在它们已经开始复制
当我们想到机器人时，通常会想到某种合成仆人——一种由电子设备控制的金属外壳机器。虽然它可能会为我们做家务，甚至可能以看起来很聪明的方式与我们交谈，但我们不会认为它是有生命的。
但是，如果不是建造机器人我们用坚硬、无生命的材料，用大自然赖以生存的柔软材料建造了它们?如果我们用细胞来建造呢?
这正是研究人员所采用的方法乔什·邦加德教授他在美国佛蒙特大学的实验室正在进行研究。
在过去的四年里，他们一直在设计和制造“异种机器人”:由活青蛙细胞制成的微型机器。
邦加德解释了该团队的方法:“(如果你)用金属和塑料制造一个机器人……这些部件本身没有智能。
“我们正在以一种完全不同的方式接近机器人。我们正在构建的组件本身就是非常智能的机器。”
几十年来，大自然一直在启发机器人。这导致了基于真实肌肉的驱动器这使得机器人更容易移动。在其他地方，模仿壁虎的脚可以让机器人爬上垂直的玻璃。相比之下，异种机器人是由大自然自己的积木制成的。
据博士说维多利亚Webster-Wood他是卡耐基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的仿生机器人专家，这种方法“使我们能够直接利用生物材料的自然适应性”。
邦加德的异种机器人的迷人之处在于，它们可以由取自青蛙胚胎的正常细胞制成——不需要基因调整。
虽然科学家们已经知道这些细胞可以自己移动，但在这种情况下，它们被用作产生可预测的、类似机器人的行为的材料，比如在培养皿周围聚集粒子，像牧羊犬一样合作，甚至产生可能被视为异种机器人婴儿的其他细胞球。
人工选择
虽然目前还不清楚是什么在异种机器人的内部工作，或者更确切地说，是青蛙细胞的内部工作，使它们以这种方式表现出来，但它们的能力确实使它们在各种任务中都有潜在的用处。
例如，清理微塑料，或者，正如研究人员在他们第一篇关于异种机器人的论文该研究于2020年发表，它会爬到人类患病组织的位置，帮助它们恢复健康。
所以如果你要做一个异种机器人，你从哪里开始?佛蒙特大学的研究小组从电脑上的一个虚拟培养皿开始，在那里人工智能(AI)程序根据青蛙细胞的形状“进化”出青蛙细胞群，以执行科学家感兴趣的任何任务。
邦加德解释说:“它创造了一个虚拟的异种机器人群体，删除那些表现不佳的机器人，并随机修改幸存者的副本。”
科学家们告诉人工智能要完成多少轮人工选择过程，在几秒钟内，它们就有了自己的设计。
举个例子，这种设计可能是一个中间有一个洞的细胞球，就像一个袋子，可以很好地运输物体。
基于人工智能的设计过程是该团队方法的“真正杰作”福尔克·陶伯博士他是德国弗莱堡大学的生物技术专家。
他指出，如果没有虚拟的培养皿，使用真实的细胞测试数百种不同的细胞结构可能需要数周甚至数月的时间。
他说:“这不仅代表了巨大的时间优势，而且还提供了机会，只实施在(计算机上)被证明是成功的最有前途的方法。”
他表示，人工智能方法在其他情况下也可能有用，比如快速设计精确符合患者解剖结构的个性化器官移植。
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接下来是耗时的部分，因为虚拟设计必须转移到现实生活中的细胞中。这个过程需要团队中唯一的异种机器人雕刻家，生物学家道格·布莱克斯顿博士马萨诸塞州塔夫茨大学(Tufts University)的研究人员说，每个毫米级的异种机器人需要几个小时。
布莱克斯顿使用显微外科仪器，煞费苦心地将人工智能设计的形状雕刻成从青蛙胚胎中采集的组织。
“对我来说，这很像画画或从事艺术工作，”他说，并补充说他喜欢看到形状组合在一起。
然而，他承认，为了让异种机器人找到现实世界的应用，他们需要加快这一过程，每周创造30到40个以上的异种机器人。这一进步可能来自3D打印，它可以使用细胞和组织作为打印“墨水”。
更像这样
推动进步
然后，这些异种机器人会在一个盘子周围爬行或游泳一周多一点的时间，然后就会分解(因为它们不吃东西，所以寿命有限)。
在他们最初的实验中，研究人员用心脏和皮肤细胞的组合制造了“行走”的异种机器人;心脏细胞的活塞式运动转化为运动。
然而，现在他们利用皮肤细胞，利用被称为纤毛的绒毛状结构，这种结构从细胞球的外表面突出，允许它们“游泳”。
在最初看到它们的运动后，研究人员认为异种机器人可能能够推动周围的东西，尽管他们想知道异种机器人是否足够强大。
布莱克斯顿说:“我从非常轻的染料颗粒开始，它们散落在培养皿的底部，就像一层薄薄的灰烬或雪。”“我第一次尝试就很幸运，成功了。”异种机器人还可以推动微小的玻璃珠。
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在研究人员制造出会游泳的异种机器人之后，他们开始给它们一群更有趣的东西来移动，比如细胞——微型机器人本身就是由同样的细胞组成的。
就在这时，有趣的事情开始发生了:蜂群开始把细胞挤成小堆。青蛙的细胞具有粘性，所以这些细胞堆往往会黏在一起，几天后，它们的表面开始出现毛发——纤毛，就像异种机器人的表面一样。
“然后，”邦加德说，“道格(布莱克斯顿)注意到有几个人开始动了起来。”
在这一点上，很明显，异种机器人正在制造更多的自我。这不是一个传统的“做爱，生孩子”的场景，但这是一种在自然界中从未见过的复制形式。
布莱克斯顿说，他知道如果条件合适，实验就会成功。但当他第一次向邦加德和团队展示其中一个“孩子”在Zoom电话中四处走动时，这丝毫没有减少兴奋。
邦加德回忆说:“当时生物学家和计算机科学家都很沉默。”“你知道，自我复制对一般机器来说是一种梦想和希望，看到它……我完全惊呆了。”
当研究人员意识到他们的异种机器人可以自我复制时，他们告诉他们的人工智能进化出可以做得更好的版本。
人工智能开始工作，设计了一个看起来很熟悉的形状:吃豆人，或者像邦加德所说的“基本上是一把铲子”，当你把你的孩子推成一堆的时候，这是有道理的——你可以看到下面的图片。
邦加德说，由于他所谓的“指数效用”，xenobots现在能够自我复制，这一事实开辟了一整套潜在的应用。
这个概念适用于任何有用的技术，并且传播得越广越有用。环境清理就是一个很好的例子，还有疫苗或扑灭森林火灾的技术。然而，这些技术不会自行传播，因此它们可以从自我复制的载体中受益。
虽然这只是一个理论，但研究人员确实通过计算机模拟表明，如果他们给异种机器人提供足够的细胞并继续复制，那么用于更简单应用的异种机器人，比如在电路中移动电线，就会继续生长。
如果自我复制的异种机器人听起来像是我们应该避免的科幻电影场景，那么要记住的是，父母机器人只能在某些情况下产生后代，正如韦伯斯特-伍德指出的那样，研究人员可以控制这些情况。
没有额外的自由漂浮细胞，它们根本无法复制。此外，该团队的异种机器人是可生物降解的，在几天内就会“死亡”。
正如陶伯所说，“这些小型细胞机器人被安全地安置在邦加德团队的实验室里，无法在外部世界‘生活’。”
事实上，陶伯根本不会给他们贴上“活着”的标签，正是因为他们的生存依赖于这些特定的条件。
不过，邦加德认为，随着其他技术的发展——比如结合有机和技术成分的生物杂交——异种机器人正开始模糊生命和非生命之间的界限，重新引发关于什么是生命的争论。
与此同时，异种机器人的行为引发了其他问题。例如，研究人员不知道当异种机器人将细胞和其他物体推到一起时，它们是否真的在合作。
它们能够通过存在于活细胞表面的数百万种不同的受体来感知彼此吗?或者它们只是像上了发条的玩具一样漫无目的地移动?
当然，另一个有趣的问题是，生物机器人是否也可以由人类细胞制成，以及这是否是该团队计划采取的路线。
邦加德说，这当然在待办事项清单上。“你知道，当你考虑细胞的整个进化史时，青蛙和人类细胞分化的时间并不长，”他若有所思地说，这表明，原则上，这应该是可行的。
来自人类细胞的异种机器人将更适合医疗应用，尽管获得批准还有很长的路要走。
与此同时，研究人员希望更多地了解青蛙细胞的潜在生物学原理，使它们表现出这样的行为。
他们希望学习如何更好地操纵生物材料来制造更好的机器。这是他们的人工智能正在解决的问题，但还不能与他们交流。邦加德说:“我们要求人工智能制造机器，但这样做的后果是，在此过程中，人工智能对生物学的了解越来越多。”
他补充说，这项工作的一个关键部分是让人工智能向“我们可怜的人类”解释它所学到的生物学知识。
关于我们的专家
乔什·邦加德教授是佛蒙特大学形态学、进化和认知实验室的负责人。2007年，他被授予微软研究院新教师奖学金，并被《麻省理工科技评论》评为35岁以下35位年轻创新者之一。
福尔克·陶伯博士是弗莱堡大学的博士后研究员。他也是生物技术livMatS示范项目的协调员。
道格博士布莱克斯顿是塔夫茨大学和哈佛大学威斯研究所的研究员。他的作品发表在期刊上，包括《公共科学图书馆•综合》和实验生物学杂志。
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