这些微型机器人可以帮助科学窃听细胞八卦

一个全新的生命正在走进科学史册——一个由人工智能设计的活体机器人。

在本周早些时候发表的一篇论文中，佛蒙特大学的计算机科学家和塔夫茨大学的生物物理学家描述了如何使用人工智能设计一种由青蛙干细胞组成的全新生物体，并根据这些设计创造出一个微型活体机器人。他们的主要目标是利用这些尖端生物更好地了解各种细胞如何相互交流。

这些“异种机器人”不能进食，不能繁殖，寿命只有一周左右——所以弗兰肯蛙入侵不应该成为你的首要担忧。它们能做的就是行走、游泳、推动或携带物体，以及集体合作。对于由细胞大杂烩制成的首创机器人来说，这些都是巨大的成就。

为了实现这一目标，佛蒙特大学的研究团队发明了一种人工智能，能够对不同形状的皮肤细胞和心脏细胞组合在现实世界中的表现进行数万次模拟。塔夫茨大学的研究团队利用其中一些预测，利用从青蛙胚胎中提取的干细胞构建了一个功能性生物体。

研究团队通过切除胚胎的外围区域来获取这些细胞，这些区域通常会在生长过程中发育成皮肤或心肌。他们手动将组织分割成单个细胞，然后将它们放入一个模具中。

这有点像制作果冻：所有细胞都乱七八糟，你可能不指望它们能够协调。换句话说，果冻永远不会从粘稠的液体变成摇晃的半固体食物。但“它们制造出来的不仅仅是一团乱麻，”塔夫茨大学生物物理学家迈克尔·莱文说。“它是一个功能齐全、连贯的有机体。”

这种生物体的移动是基于其心肌细胞的特性，心肌细胞的功能是收缩（这就是心脏跳动的方式）。密歇根州立大学微生物学家克里斯托弗·阿达米 (Christopher Adami) 说，皮肤细胞有助于将所有东西维系在一起，就像它们在身体中的作用一样，他没有参与这项研究。

将异种机器人从模具中取出后，团队会手动将其修剪成人工智能设计预测的形状。莱文说，他们已经为异种机器人创造了一种配方，这种机器人可以四处移动，而且它每次都会产生执行相同功能的生物。这些生物最终可能会在实验室外有实际应用，比如改善药物输送。

这只是第一步。“将计算机生成的有机体转化为生物有机体是一件新鲜事，”阿达米说。但目前尚不清楚这种方法需要多长时间才能产生医疗技术，甚至为细胞的工作原理提供新的见解。

然而，这是有希望的。耶鲁大学机器人工程师 Rebecca Kramer-Bottiglio 在一封电子邮件中告诉《大众科学》：“将机器人行为从模拟转移到现实极其困难，这篇新论文展示了令人印象深刻的结果。”“该团队使用活细胞来实现模拟设计和行为，这特别有希望地表明我们未来能够生产生物兼容机器人，以及利用活体组织的弹性和智能的软机器人。”

目前，该团队专注于基础科学，而不是科幻医学的可能性。他们正在努力为异种机器人创建配方，以更清楚地展示细胞如何相互交流。我们知道它们使用电和化学信号等方法来协调，但目前，我们不知道它们彼此之间在说什么，也不知道它们如何决定要构建什么形状。

制造“活体机器人”的方法不止一种，而这只青蛙并不是第一个。其他团队正在使用基因工程和不同类型的组织生成来创建能够执行除其设计功能之外的其他功能的细胞。佛蒙特大学计算机科学家乔希·邦加德 (Josh Bongard) 表示，真正的进步是使用人工智能来设计异种机器人。他说，计算机“基本上是在对数十亿个异种机器人设计进行反复试验”。这项研究表明，这对于制作一个在现实世界中可行的设计是多么有效。

虽然这听起来像是科幻小说中的东西，但人类一直在重塑生物体，而且这种做法已经延续了数千年。但这个过程通常需要几十年甚至几个世纪——想想玉米等驯化作物，它们看起来与野生祖先大不相同——而且确切的最终结果几乎无法控制。

邦加德承认，创造全新的生物体会引发许多伦理问题——即使这些生物体无法像我们理解的那样思考或感受。他说，随着技术的发展，我们最终可能需要制定法规，以确保异种机器人得到合乎伦理的对待。

然而，“它们并不是像你通常认为的那样活着，”阿达米指出。“它们是在刺激下作出反应的组织。”

这些机器人的未来如何，以及它们能告诉我们哪些细胞是如何运作的，还有待观察。莱文最感兴趣的是研究细胞如何交流。“从生物学的角度来看，这里的大局是了解单个细胞如何合作，以及它们如何决定构建什么样的身体，”莱文说。“这真的是一个沙箱。”

他说，了解细胞通讯对于生物科学的未来至关重要。“我们现在基本上处于 40 年代计算机科学的水平，为了重新编程，你必须移动线路并重新编程硬件，”他说，在这种情况下，这意味着基因工程。“我们必须朝着更好地理解软件的方向前进。”

然而，为了做到这一点，阿达米表示，开发更精细的细胞物理控制可能是必要的。目前，该团队必须实际建造异种机器人，尽管他们希望最终实现自动化，但阿达米表示，简单地 3D 打印这种生物的技术还很遥远。

“这些东西是胚胎。它们很小。我不认为我们拥有能够真正达到你想要的水平的机器，”阿达米说。

然而，即使数量很少，这些微小的生物也能提供有关细胞如何形成的重要信息。