青蛙干细胞打造的首个异种机器人

沈臻懿

在人们的固有印象中，机器人就是用金属和塑料材质打造，并带有机械臂和齿轮的现代科技产物。如果有人告诉你，未来的机器人，还可以是一种非金属、非机械结构的活体生物，这是否会令人感到震撼？这一发明，并非只是停留于天马行空般的科幻作品，而是已然存在。

一改传统认知的异种机器人

据《美国科学院院报》报道，来自佛蒙特大学和塔夫茨大学的研究人员，利用非洲爪蟾（又名光滑爪蟾，拉丁学名：Xenopus laevis）早期胚胎中的干细胞，打造出了世界上第一个异种机器人。研究人员根据非洲爪蟾的名字，将这一机器人命名为Xenobots（异种机器人）。异种机器人的问世，不仅打破了人们对机器人的既有感知，更将人工智能技术（AI）推至了一个全新的高度。

异种机器人由超级计算机通过“进化算法”所设计，长度尚不足1毫米，由500—1000个左右的非洲爪蟾心脏细胞和皮肤细胞汇集而成。其不同于以往任何一种机器人，并非由金属或塑料制成，而是由百分之百的有机细胞材料制作而成，在外观上更接近于一坨有生命的粉红色肉体。正如参与研究的科学家表示，“异种机器人既不是传统意义上的机器人，也不是目前任何一种已知的动物物种。它是一种新型人工制品，且是可编程的活的有机生物，此前从未在地球上存在过，是一种全新的生命形式”。

计算机技术和生物专业的强强联手

随着新型技术领域的井喷式发展，跨界合作成了当前新型科技研发的一项重要方式。异种机器人的问世，便属于计算机技术和生物技术的跨界合作成果。

在制造异种机器人的过程中，既涉及精准化的科技手段应用，又有着人工干预的介入。研究人员需要借助超级计算机对相应进化算法进行演算。通过反复实验，研究人员不仅剔除了性能较差的设计模型，还成功模拟出了一种设计方案。随后，便是从非洲爪蟾胚胎中提取干细胞，按照既定设计方案进行组装。进化算法的运行和设计方案的模拟，由研究团队中专注于进化计算、物理模拟和进化机器人技术的专家负责;异种机器人的组装工作，则由生物技术专家完成。

无论是心脏细胞，还是皮肤细胞，都需要从非洲爪蟾的胚胎干细胞中分化而来。研究人员首先需要借助显微设备的观察来切开胚胎细胞。切开后的两部分细胞经过单独培养后，即可将其进行缓慢重建。最后，科学家需要根据超级计算机模拟出的设计方案，对重塑后的细胞进行“精雕细琢”。

鉴于研究人员已提前在异种机器人体内预置了蛋白质和脂质，即使在没有任何外部养分“果腹”的情况下，异种机器人也可存活至少一周。如果身处营养充足的环境中，异种机器人的存活期可进一步延长至数周。不过，异种机器人本身不会发生进化或繁殖。当其细胞中存有的能量消耗殆尽后，异种机器人亦会如同生物体般自然死亡。

作为纯粹的有机细胞材料制成的异种机器人，其体内并无蓝牙芯片，也没有任何远程遥控装置来帮助科学家对其进行指挥。那么，科学家能否按照自身预设的方式，像操控金属或塑料机器人一般，对异种机器人进行控制呢？答案显然是肯定的。这其中最大的秘诀，就来自于制作异种机器人的爪蟾胚胎干细胞。异种机器人的爪蟾心脏细胞属于收缩细胞，表皮细胞则为被动细胞。心脏细胞就像一台迷你发动机，能够进行自动化的收缩放松，但表皮细胞并不会收缩。如果能将心脏细胞和表皮细胞置于某个特定的模型结构和位置，异种机器人就有可能按照特定的方式和路径进行移动。为此，研究人员借助超级计算机生成的模型，将皮肤细胞组装于异种机器人的上部，心脏细胞则组装在异种机器人的下部。如此一来，异种机器人就能够利用像“腿脚”一样的附件在水性介质中前行。根据超级计算机生成结构的不同，异种机器人还能执行转圈、游泳、蹒跚等不同动作。不过，若是将异种机器人底朝天进行翻转，其就如同被翻盖的乌龟，立马失去了活动能力。

研究人员利用非洲爪蟾早期胚胎中的干细胞，打造出了世界上第一个活体机器人，并根据非洲爪蟾的名字，将这一机器人命名为Xenobots

心脏细胞的存在，还让异种机器人拥有了自我修复能力。研究人员即使将异种机器人切成两半，其仍能够通过自我缝合的方式对伤口进行愈合，并再次恢复移动功能。

大显身手的异种机器人

异种机器人的体积虽然很小，但其不仅能够完成现有钢铁、塑料机器人难以完成的艰巨任务，让AI技术的发展迈向新的高度，且在未来社会生活中也有着较为“强悍”的应用。

异种机器人能够利用像“腿脚”一样的附件在水性介质中前行

担任“迷你外科医生”

异种机器人的自身特性，使得其有望在医疗卫生领域大展身手。尚不足1毫米的尺寸，加之其在水性介质中运动的特点，堪称“迷你外科医生”和“疾病克星”。根据医学专家的设定，异种机器人可以携带药物进入人体内部，还可肩负“外科医生”之责，用来对受损细胞进行修复，或者直接对细胞内的原有结构进行替换。同时，可利用异种机器人的自我复制特点，对基因缺陷进行修正。甚至，在面对较为疑难复杂的血栓问题时，异种机器人还能够进入人体的血管内，对动脉中的斑块进行清除。

废弃物的收集与清除

曾几何时，我们的生活中到处充满着塑料制品。塑料容器、塑料餐具、塑料包裝、塑料瓶子……塑料制品在给人们带来生活、工作便利的同时，其难以降解和环境污染的困扰也一直存在。即使是在海洋环境中，受制于人类社会的影响，海洋中的塑料含量亦增幅明显，甚至已有一块面积相当于智利国土的塑料垃圾带漂浮在太平洋之上。借助于异种机器人的应用，人们可尝试对海洋中的塑料微粒进行收集，从而有利于水生物种的生存和水体质量的提升。

除了可用来对海洋中的塑料微粒进行收集外，异种机器人在放射性废料的清除上也有着特殊的价值。核能的发展，必然会带来核废料的产生。其不仅会引发相应遗传问题，还会让诸多动物、植物产生癌变。在利用核能的同时，如何能找到更为有效的方式来清除放射性废料，也是人们关注的焦点。或许，异种机器人的问世，将更好地解答这一难题。将异种机器人置于核废料产生区域，或许其能够在清除核废料这一危险物方面发挥更大的作用。

异种机器人所蕴含的细胞生物学知识，还可帮助人们更深入地认识健康与长寿的秘密。若能通过异种机器人的研究，对人类的出生缺陷进行修复，或者让创伤损伤部位进行再生，甚至将癌变肿瘤重新“编程”为正常组织，或可助力患者战胜疾病和衰老。这一切听上去极为玄幻，但也从侧面印证了异种机器人打破数字信息和生物界线的同时，其自身在未来的应用潜力。

编辑：黄灵  yeshzhwu@foxmail.com