甘南新闻网
热点专题 当前位置:首页 > 热点专题 > 正文

全球首个活体机器人诞生:可编程,会自愈,由超级计算机设计

科学家已经创造了世界上第一个由青蛙干细胞产生的活体自愈机器人。

当地时间1月13日,佛蒙特大学在其官方网站上发布了一份新闻稿,宣布佛蒙特大学和塔夫茨大学的研究小组联合开展研究,利用非洲爪蟾早期胚胎的皮肤细胞和心脏细胞,创造出第一个活体机器人“异种机器人”。这项研究于1月13日发表在世界顶级学术期刊《美国国家科学院院刊》 (PNAS)上。

[图片来源:佛蒙特大学?“主人:佛蒙特大学]

雷锋网了解到,非洲爪蟾是以非洲爪蟾的名字命名的。小于1毫米宽的异种机器人可以移动到目标或拾起物体(如需要运送到患者体内特定位置的药物),并可以在受伤后愈合伤口。

佛蒙特大学的计算机科学家和机器人专家约书亚邦加德是这项研究的共同负责人。他说:

?他们既不是传统的机器人,也不是已知的动物物种。这是一个新的人工制品,一个活的、可编程的有机体。

xenobots由佛蒙特大学的超级计算机设计,然后由塔夫茨大学的生物学家组装和测试。塔夫茨大学再生和发育生物学中心主任迈克尔莱文说:“不难想象,这些机器人有许多其他机器无法实现的应用,比如寻找有害化合物或放射性污染物、在海洋中收集微塑料、行走在动脉中、清除斑块等。众所周知,至少自农业出现以来,人类一直在为自己的利益操纵生物,基因编辑变得越来越普遍。在过去的几年里,人类通过模仿其他动物的身体形状创造了一些人造生物,但是研究小组说这是历史上第一次“一个完全从零开始设计的生物机器”。

一般来说,异种机器人是分两步创建的。

在第一步,使用佛蒙特大学佛蒙特高级计算核心的深绿超级计算机集群,研究团队(包括第一作者和博士生萨姆克里格曼)花了几个月的时间,使用进化算法为这种新的生命形式设计了成千上万的设计。

为了完成一项任务(例如向一个方向移动),计算机会一次又一次地将数百个模拟细胞重组成无数的形状或体形。随着程序的运行,关于单个青蛙皮肤和心脏细胞可以做什么的基本生物物理规则驱动来保存和优化更多成功的模拟生物,而失败的则被丢弃。在算法的100次独立运行后,科学家们选择了最令人满意的设计进行进一步研究。

[图片来源:佛蒙特大学?所有者:佛蒙特大学]

第二步,由迈克尔莱文和显微外科医生道格拉斯布莱克斯顿领导的塔夫脱大学团队,是将计算机设计变成现实的关键步骤。

他们首先从非洲爪蟾胚胎中收集干细胞,将它们分离成单个细胞并孵育,然后用镊子和较小的电极切割细胞并在显微镜下连接,使它们非常接近计算机指定的设计。

[图片来源:佛蒙特大学?“主人:佛蒙特大学]

当然,在研究过程中,不可避免地会有一些意想不到的结果,但有时这些结果也会导致新的发现。

研究人员已经注意到,这些可重构的生物体可以在胚胎能量储存的驱动下以连贯的方式移动,并花费数天甚至数周的时间探索它们的水环境,但反过来它们失败了,就像甲虫摔倒一样。

后来,实验表明,成群的异种机器人会绕着圆圈移动,并自发地把一个小球推到中心。其他异种机器人会在中间挖一个洞来减少阻力。在模拟过程中,科学家们发现利用这个洞作为袋子,他们可以成功地携带物体。

佛蒙特大学计算机科学和复杂系统中心的教授乔希邦加德说:

?这是通过计算机设计的生物体向智能药物输送迈出的一步。“生活”技术

我们知道许多机器和硬件产品是由钢、混凝土或塑料等材料制成的。这当然是合理的(如保证质量),但有时它不可避免地会引起生态和人类健康问题,如日益严重的海洋塑料污染。

相比之下,乔希邦加德说:“异种机器人有一种自我再生的修复机制,当它们停止工作并死亡时,通常不会破坏外部环境,它们是完全可生物降解的。当他们七天后完成工作时,他们只是死皮细胞。

[图片来源:佛蒙特大学?雷锋网注:图片是?乔希邦加德]

此外,笔记本电脑功能强大,但是如果你把它们分成两半,你可能就无法工作了。但是科学家将异种机器人切成两半,发现它们可以自我治愈,然后继续前进,这是传统机器做不到的。同时,研究人员还表示,他们对细胞通讯和连接潜力的研究已经深入到他们对计算科学和生活的理解中。

迈克尔莱文说:“目前一个重要的问题是理解决定形式和功能的算法。基因组可以编码蛋白质,但硬件如何让细胞在不同条件下合作进行功能解剖仍有待我们去发现。

与此同时,为了生物体的发育和功能,有机计算已经在生物体细胞内部和细胞之间进行,而不仅仅是在神经元内部。这些几何特征是通过生物电、生物化学和生物力学过程形成的,正如迈克尔莱文所说:“这些过程在DNA指定的硬件上运行,是可重构的,并使新的生命形式成为可能。

如今,许多人担心技术的快速发展和越来越复杂的生物操作会带来负面影响。对此,迈克尔莱文说:“这种恐惧并非没有道理。当我们开始修补我们甚至不了解的复杂系统时,结果可能难以想象。如果人类想在未来生存,他们需要更好地理解复杂的自然是如何以某种方式从简单的规则中产生的。大多数科学关注于控制“低级规则”。我们还需要理解“高级规则”。

迈克尔莱文认为这项研究对解决人们的恐惧有积极的意义,这也是研究小组意想不到的收获。

佛蒙特大学。



甘南新闻网 版权所有© www.scrape-box.com 技术支持:甘南新闻网 | 网站地图