人類第一次經人工手段制造出由活細胞為原材料的、可自我複制“機器人”。
這些怪異的“異種機器人”外形酷似吃豆人,是同一批研究人員去年推出的産品的衍生品,當時他們展示了世界上第一個完全由活細胞構建的機器人——取自青蛙胚胎的幹細胞。
“這些是新穎的活機器,”來自佛蒙特大學的計算機科學家和機器人專家 Joshua Bongard 當時解釋說。
“它們既不是傳統的機器人,也不是已知的動物物種。它是一類新的人工制品:一種活的、可編程的有機體。”
現在,Bongard 和他的合作者采取了下一步行動,讓異種機器人能夠自我複制。
我們通常在生物生命形式中看到的那種繁殖技術無法實現機器人的自我複制。
相反,研究人員發現,如果他們将足夠多的異種機器人彼此靠近放置在培養皿中,他們的集體運動就會開始堆積在溶液中漂浮的其他松散的青蛙細胞。
一旦足夠多的細胞堆疊在一起,大約 50 個細胞的聚集堆就成為異種機器人的後代:能夠自行遊泳,并在此過程中堆積自己的後代。
這種被稱為自發運動學自我複制的現象之前曾在其他類型的分子機器和模型中出現過,但從未在異種機器人等活的多細胞系統中出現過。
研究人員在一篇描述可重構生物的新論文中解釋說:“我們發現,合成的多細胞組件也可以通過将環境中的解離細胞移動和壓縮成功能性自我複制來進行運動學複制。”
“這種自我存續形式,以前未在任何生物體中看到。它們會在幾天内自發地出現,而不是經過數千年的演變。”
為了制造自我複制的機器人,研究人員從非洲爪蛙(Xenopus laevis)胚胎皮膚中提取多能幹細胞,并将它們在鹽水溶液中培養,在此期間,許多細胞會粘附到一個球狀生物體中,在其上生長纖毛。它的外層使它能夠四處移動。
當十幾個第一代生物與分離的幹細胞一起放入第二個培養皿中時,生物的運動将幹細胞聚集成一堆,形成新一代生物,然後繼續重複相同的堆疊行為将細胞堆成堆。
然而,單獨留在溶液中的相同解離幹細胞沒有自組裝,這表明它們需要祖先異種機器人的初始運動來觸發它們形成聚集的生物體。
研究人員在他們的論文中解釋說,這種運動學的自我複制,一種以前從未在植物或動物中出現過的行為,可以在沒有基因改造的情況下出現,這表明生物實體可以從根本上适應和改變對環境的反應。
該團隊還發現,他們可以通過使用人工智能來模拟可能增強自我複制行為的條件來放大這種後果。
研究人員解釋說:“模拟表明,一些放大了絨毛大小和複制輪數,而另一些則抑制或停止了自我複制。有些但并非所有幾何形狀比球體更好。”
雖然我們仍處于篡改這些活體機器人生物的開始階段,但研究人員表示,如果我們能夠不斷弄清楚它們的功能,并給它們合适的任務,那麼這些不尋常的生物有朝一日可以完成有用的工作.
研究小組解釋說:“這表明,未來的技術可能可在幾乎沒有外部指導的情況下自發構建機器人,而且生命在表面之下隐藏着令人驚訝的行為等待着被發現。”
研究結果報告在 PNAS 中。
https://www.sciencealert.com/world-s-first-self-replicating-living-robots-look-like-pac-man-but-are-much-weirder
有話要說...