4月1日，据外媒Tech Xplore宣布，来自美国塔弗茨大学（Tufts University）和佛蒙特大学（University of Vermont，UVM）的研发团队成功开拓了第二代微型生物机器人“Xenobots”，同样基于非洲爪蟾细胞构建。
但与第一代比较，第二代Xenobots不仅能实现单细胞的自主组合，它的移速还更快，信息读写功能和自愈能力也大大增强。
目前，这一最新研究成果已于美国韶光3月31日揭橥在《科学·机器人学（Science Robotics）》期刊上，论文题目为《一个用于开拓合成生命机器的细胞平台（A cellular platform for the development of synthetic living machines）》。
论文链接：
https://robotics.sciencemag.org/content/6/52/eabf1571
早在去年1月，该团队发布的环球首个活体机器人Xenobots就已登上顶级期刊《美国科学院院报（PNAS）》封面，该研究提出并实现了用打算机设计生物体的观点，用生物质料代替金属、塑料等人人为料来构建机器人。
▍通过田鸡胚胎干细胞分解构建生物体
从细胞构建上看，第一代Xenobots采取了“自上而下”的布局办法，通过手工重组田鸡皮肤和心脏细胞，使心脏细胞在底层紧缩来实现机器人的移动。
比较之下，第二代Xenobots则采取 “自下而上”的方法进行布局，由单个的细胞自主形成生物体。塔夫茨大学生物学家用非洲的一种田鸡——非洲爪蟾（Xenopus laevis，这也是Xenobots名字的由来）的胚胎干细胞进行成长和增殖，几天后一些干细胞就分解形成了纤毛。这些能移动、旋转的纤毛充当了第二代Xenobots的“腿”，使它无需肌肉细胞就能快速移动。
由于布局升级，第二代Xenobots的移速更快，寿命更长，也能更好地适应各种环境。
“我们见证了细胞组织非凡的可塑性——它们违背知识，构建了一个新的田鸡‘身体’，并且这只田鸡的基因组完备正常。” 塔夫茨大学著名生物学教授Michael Levin说。“在正常的田鸡胚胎中，细胞增殖分解形成蝌蚪。而现在我们看到细胞可以重新分解，形成纤毛来实现运动功能。令人惊异的是，细胞可以自发承担新的角色，创造新的身体和行为，而不须要永劫光的进化选择。”
“在某种程度上，第二代Xenobots与传统机器人的布局很相似，我们只是用细胞和组织来代替人造组件，以构建形状和创造可预测的行为。”资深科学家Doug Blackiston说。“在生物学上，这种方法更好地阐明了细胞在发育过程中如何相互浸染，以及我们如何更好地掌握这些浸染。”
▍新型的Xenobots或可用于网络微粒
这个团队由打算机科学家和机器人专家Josh Bongard领导，通过前辈打算核的Deep Green超级打算机集群，在数十万随机环境条件下运行进化算法，以测试不同形状、单独或群体的Xenobots是否会表现出不同的行为，并分辨哪些Xenobots群体最适宜在粒子场中共同事情，网络大量碎片。
结果表明，与第一代Xenobots 比较，第二代Xenobots在完成垃圾网络等任务的表现更好。一方面，第二代Xenobots能成群结队地扫过培养皿，网络大堆的氧化铁微粒；另一方面，它们既可以在大型平面上事情，也可以穿过狭窄的毛细血管。
不仅如此，他们的研究表明，未来硅仿照可以优化生物机器人的附加功能，以天生更繁芜的行为
“只管目前第二代Xenobots的任务都很大略，但我们的终极目标是开拓一种新型的生活工具，让它们做更多实际有用的事情，例如清理海洋中的微塑料或土壤污染物。”Bongard说。
▍通过荧光报告蛋白构建读写功能
机器人技能最大的特色之一是能够记录信息，并根据这些信息掌握机器人的行为。
在这一方面，研究团队通过一种名为EosFP的荧光报告蛋白来记录信息，这种蛋白常日情形下会发出绿光，但在波长390nm的光芒照射下会发出红光，以此将第二代Xenobots设计成一个拥有读写能力的机器人。
详细来看，研究职员在田鸡胚胎细胞内注射了编码EosFP蛋白的信使RNA，并分离出干细胞形成第二代Xenobots。成型后的Xenobots会内置一个荧光开关，能记录波长390nm旁边蓝光照射的情形。
在实际测试中，研究职员让10个第二代Xenobots在一个表面上游动，同时该表面中有一个被波长390nm光束照亮的点。两小时后，有3个机器人发出红光，别的则保持绿色。这表明，这次“旅程影象”被有效地记录了下来。
研究职员认为，这种分子影象事理在未来也容许用于探测和记录光污染、放射性污染、化学污染、药物或疾病。同时，研究职员针对Xenobots的记录系统还给出了不同的优化路径，例如让机器人记录多种刺激（须要添加更多信息位），并在刺激下开释化合物，或根据不同刺激的觉得改变行为。
“我们授予机器人更多能力的同时，可以利用打算机仿照设计出更繁芜的行为，让它们实行更繁芜的任务。”Bongard谈到，他们设计的机器人不仅可以报告所处环境的状况，还可以修正和修复所处环境的状况。
▍生物质料愈合代谢能力强，5分钟自愈严重撕裂伤
“我们希望能将许多生物质料的特性运用在机器人上，例如用细胞来组成传感器、马达、通信和打算网络，以及信息存储设备。”Levin说。
在Levin看来，愈合是生物体的自然特色，传统的金属或塑料机器人很难做到。但第二代Xenobots及未来的生物机器人可以随着细胞的成长和成熟，来构建自己的身体，并在受到损伤时进行自我修复。
据理解，第二代Xenobots的愈合能力很强，5分钟内就可以愈合严重的撕裂伤，伤口将近是它们身体厚度的一半。在实际测试中，所有受伤的机器人都能规复如初，并可以连续事情。不仅如此，第二代Xenobots还可以进行新陈代谢。与金属或塑料机器人不同，第二代Xenobots的细胞可以接管和分解化学物质，并像小型工厂一样合成、排出化学物质和蛋白质。
同时，以往紧张研究单细胞生物的合成生物学已经能研究这些多细胞生物，或可对它们重新编程以产生有用分子。
与第一代Xenobots类似，第二代Xenobots可以靠胚胎期间的能量储备存活10天，并在没有额外能源的情形下实行任务。在持续能量供应的情形下，它们可以全速运行好几个月。
▍生物技能与机器人技能互惠，前景可期
活体机器人的研发技能不断迎来打破，而这个领域未来的发展将与生物技能密不可分。
正如Michael Levin在TED演讲中提到的，第二代Xenobots在实行任务或医疗方面潜力非凡，而这项研究的代价就在于，用机器人研究来理解单个细胞如何聚拢在、互换、创建生物体。这是一种新的模型系统，或容许以基于这个别系进行一些再生医学方面的研究。
认识到这项技能的前景之后，塔夫茨大学和佛蒙特大学成立了打算机设计生物研究所（ICDO），并将在未来几个月正式启动。该研究所将搜集各大学和外部资源，创造更高等、能力更强的生物机器人。
在未来的研究中，第二代Xenobots及更高版本的活体机器人或容许以从生物领域得到更多启示。
文章内容来源：Tech Xplore、智东西、MailOnline