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当揭秘活体机器人的研发过程生命即将迈入30

发布时间:2021-09-11 08:04:32 阅读: 来源:钢构保温棉厂家

揭秘活体机器人的研发过程,生命即将迈入3.0阶段!

昨天,追踪君发布了关于全球首例活体机器人的文章,引起了很多朋友的讨论,内容详见:《火种还是魔盒?世界上第一个可编程的活体机器人诞生》、《全球首例活体机器人诞生了!可编程、可进化、可自愈,这是希望的火种还是灾难的魔盒?》。

今天,追踪君再来揭秘一下这个活体机器人究竟是如何被研发出来的。

在说活体机器人之前,我们先来看下美国未来生命研究所创始人迈克斯·泰格马克的《生命3.0》,看下他对于生命形态的三种划分。

迈克斯在书中阐述,生命1.0这类生命系统不能这样测试出来的结果是不准确的重新设计自己的软件和硬件,其软硬件由dna决定,只能由漫长而缓慢的进化来实现,地球现存的大多数动植物都属于这类。

等到生命进阶到2.0阶段,这类生命系统虽然还是不能升级硬件,但却产生了智识,能够通过不断的学习掌握更多的技能,升级自己的软件系统来应对环境的变化,而硬件部分就是仍需要漫长的时间来进化,毫无疑问,目前的人类正处于这样的阶段。

而假使生命迈入3.0阶段,系统则能不断升级自己的软件和硬件,不用等待许多代的缓慢进化。迈克斯表示,未来的人工智能或许将成为生命3.0的代表。

用进化算法设计出模型 用生物技术筛选出最终的细胞机器人

这次报道出来的活体机器人xenobot长度不到1毫米,取自非洲爪蛙胚胎中的干细胞,由非洲爪蛙心脏细胞(收缩细胞)和表皮细胞(被动细胞)结合而成。

图左为超级计算机的模型,图右为实际的细胞机器人

佛蒙特大学的研发人员先借助具有20000台电脑计算能力的超级计算机集群,通过进化算法,模拟出多代、数千个候选设计的进化进程,然后再从这些设计中最终筛选出了可定向移动的机器人形态。

计算机设计模型的过程和原理:

在研究人员的设定下,凭借超级计算机集群强大的算力,计算机会一遍又一遍地将几百个模拟细胞重组成各种形状和体型。

当程序运行时(受有关青蛙皮肤和心脏细胞可以做什么的生物物理基本规则的驱动),更成功的模拟有机体被保留和完善,而失败的设计被淘汰。在算法独立运行一百次之后,选出了最有前途的设计进行测试。

具体而言就是,计算机首先利用500到1000个虚拟细胞创建出一组随机设计的生物体,每种设计都有皮肤细胞和心肌细胞的随这些你要注意了机排列。基于心肌细胞会自发收缩和舒张(划重点:这是细胞运动的引擎),被设计出的生物体有定向移动的可能。

如果这些心肌细胞收缩和舒张行为协调得好,极少数雏形就会产生微弱的运动能力。那么研究人员就将这些携带有关标准预计本月底就可以出台征求意见稿运动能力的雏形进一步复制,其下一代有可能会出现移动速度更快的版本。

活体机器人模型转化成生命体的过程:

研究人员先从爪蛙胚胎干细胞中分化出不能活动的表皮细胞(被动细胞)和能够自主收缩的心脏细胞(收缩细胞)。

将胚胎细胞切开并分开培养。

然后分开培养的细胞进行重组。

最后,按照超级计算机模拟出来的设计,用镊子和电极对这个重塑的细胞进行“雕琢”,并对具有运动能力的雏形进一步复制和筛选,如此反复复制多代后就会出现能快速移动的机器人版本。

研究人员表示,这种运动来自计算机的设计。据称,将这个细胞机器人进行翻转后,它就像乌龟翻转过来一样四脚朝天不再运动。“这说明向前运动是人工设计的结果,而不是来自偶然。”

震惊!被切开不仅能自愈还能继续运动

非洲爪蟾的细胞本身并不特殊,但其组成的这个生物体却表现出了生物活体的行为。这个可编程细胞787⑴0飞机已收到来自全球9个客户的总计149架的定单机器人不仅能维持形态,还能在遭受破坏时自我修复。

被切开后自愈

在实验中,科学家就将活体机器人切开两半,观察究竟会发生什么。计算机科学家和机器人专家bongard说:“我们发现,它会把自己重新缝合起来,然后继续前进。这是一般机器无法做到的。”

研究人员表示,目前活体机器人可在水性环境中存活长达 10 天,并能移动而无需额外补充营养。一些机器人可直线前行,一些机器人可绕圈。

物体运输

测试表明,有的细胞机器人可以自发地在中间凹陷形成一个中心孔,那么就可将颗粒物聚集到中心位置。研究人员说,这意味着该机器人有进行药物递送的潜力。

研发人员表示,未来希望能够实现用哺乳动物细胞来创造出“可能有血管、神经系统、感觉细胞、眼睛的”机器人。那么问题就会随之而来,如果生物细胞机器人产生神经系统和感知系统的话,就要涉及伦理问题了。

不过,这次的研究对于揭开细胞之间通讯的奥秘具有重大的意义,生物体形态和功能的关系一直是重大科学问题,其中细胞通讯很是关键。

同时,《卫报》报道说,研究参与者、塔夫茨大学再生与发育生物学中心主任迈克尔 · 列文(michael levin)教授认为,如果人类对控制生命的生长和形态有足够了解的话,那么出生缺陷、癌症和衰老等难题就有望解决。列文实验室主要通过实验和建模来研究细胞通讯和组织形态的关系,以及细胞通讯在胚胎发育过程中的分子机制。

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文/寒春暮雪

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