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2021年12月16日 | 活久见！机器人也能“生”孩子了？
2021-12-16 来源：北京科学中心
审核专家：纪十
生物学硕士
机器人能“生孩子”了？
看到这个消息，你没有怀疑自己：我是多久不关心科技了，还是这个世界变化太快?
机器人不应该还是这个蠢样子的吗？
来源丨网络
怎么这些由钢材、二极管和芯片组成的家伙怎么就能自我繁殖啦？
这个当然是不可能的，繁殖依然是生物的专利，所以这个可以“生孩子”的新型活体机器人其实也是由细胞构成的。
新型生物机器人有何不同？
这件事还要从去年说起。
2020年，由生物、计算机两大领域的科学家组成团队，创造出了一个名为“Xenobots”的微型活体机器人。它肯定不算是新物种，也不同于现有的器官和生物体，所以科学家把它称为“可编程生物体”。
选用的材料也并不复杂，甚至你我平时也能看到——非洲爪蟾（Xenopus laevis）。
逛过花鸟鱼虫市场的应该都有所耳闻，它们普遍以“五彩蛙”“金蟾（蛙）”的身份进行售卖，五颜六色的，看起来着实诡异。它们由非洲爪蟾的白化品种染色而成，国内一般作为大型观赏鱼的活体饲料，价格也相当便宜。
市场售卖的成年金蟾蛙（自然色） 来源丨网络
爪蟾幼体只有一元硬币大小，最初被作为一种实验动物饲养，主要原因是皮实耐养，不怕折腾。所以人类历史上第一个克隆实验就是用非洲爪蟾完成的，克隆羊多利则是第一个哺乳动物。
“Xenobots”的微型活体机器人的科研人员选择了非洲爪蟾的胚胎，分离出胚胎干细胞，然后又在体外进行分化和扩增，分别诱导成为表皮细胞和心肌细胞。（胚胎干细胞是动物体内分裂能力最强的一类细胞，它可以分化得到几百种不同的细胞类型。）
胚胎细胞 来源丨网络
那么，问题又来了：细胞分化几百种，为什么选择了表皮细胞和心肌细胞呢？
因为作为机器人，首要是运动能力，在众多的细胞选择中，有运动能力的细胞只有骨骼肌细胞和心肌细胞，但是骨骼肌细胞还需要外界电信号的刺激才能收缩，而心肌细胞却能在条件适宜时保持自主运动，所以，实验人员自然就选择了心肌细胞。
表皮细胞则在构建生物机器人时包裹心肌细胞，形成一定的结构功能。
下面我们就来看一下科研人员是如何在显微镜下构建机器人的，千万不要觉得眼晕哦，有些图速度加倍啦。
切开胚胎细胞，分成2部分 来源丨网络
将两部分分开培养 来源丨网络
将两组细胞进行重组 来源丨网络
按照这个方法进行，就能得到重组的活体机器人雏形。
那如何保证这两个细胞按照一定的结合方式生长在一起呢？
其实非常简单，细胞并非咱们普通人想的那么脆弱。表面分泌的细胞外基质会把两团细胞黏在一起，拿显微镊子在光镜下捏泥人就行了。
用镊子和电极对这个重塑的细胞进行“雕琢” 来源丨网络
但是作为一个机器人，大力出奇迹的方法也太过草率，瞎怼是万万行不通的，如何才能让这团肉球按照需要的行为模式进行运动呢？
这就是研究最高深的部分——计算机推算模拟构型。
细胞进行“雕琢”计算机模拟组合方式 来源丨网络
计算机组合类型，右侧为优势形态（红色为心肌细胞，蓝色为表皮细胞） 来源丨见水印
按照不同的数量比例、不同的搭配方法进行组合，然后通过计算机的运算，分析在液体环境中的运动受力情况和运动轨迹，初筛出最符合设计的结构并进行体外实验。
活体机器人可移动物体，清除或丢弃杂物形态 来源丨网络
活体机器人直线行走形态（4倍速） 来源丨网络
这样通过不断地排列组合，适合不同场合的形态就完整展现了出来。比如通过计算机组合出来的清除杂物模式就可以帮助人体清除血栓等。
活体机器人是怎么生孩子的？
说回现在，活体机器人的来源咱们搞明白了，那他又是如何进化出“生孩子”的能力呢？
实际上，这是个2.0版本。虽然它算是一个重组细胞，但是也并不是真的生出了个孩子。只是通过把周围的干细胞“撺掇”到一块，长出来一个有毛的“小老弟”。
活体机器人自主行动，周围小黄点是干细胞 来源丨网络
实验最开始，研究人员把大量干细胞放在了活体机器人的培养皿中。
这些活体机器人就自动把干细胞聚集在一起，等数量足够多时，那些被聚集起来的干细胞就会变成一个球形带纤毛的小弟。
但是这种方式诞生的小弟1.0实在是短命，一会儿就完蛋了。所以科学家开始继续研究，能不能通过改变活体机器人的形状，从而制造出更长寿的小弟。
科学家通过 Deep Green 的超级计算机，通过模拟设计出了众多形态，“微笑”表情包、H字母、兔子、 五角星……
右侧为筛选过程，左侧为参考形态 来源丨网络
通过严密的计算，计算机最终推举出了一个佼佼者，你们猜猜是什么？
黄色为吃豆人 来源丨网络
吃豆人！！！
呃……搞笑归搞笑，但是吃豆人形状的活体机器人确实大大延长了小弟的寿命。
活体机器人推动干细胞形成球状体过程 来源丨Kinematic self-replication in reconfigurable organisms
活体机器人及组成的球状体（关系图） 来源丨网络
这些球状体的“小老弟”会在几天后分化产生纤毛状的微小突起，这些突起就可以帮助机器人实现来回移动或者以特定的方式旋转的功能。
Xenobots 的纤毛移动 来源丨网络
研究团队为了测试单个 Xenobots 的移动能力，分别构建了宽度不一的活动环境。在绝大多数情况下，它能在多种形状不一的“地形”下实现自由移动。
Xenobots 可以通过包括迷宫在内的多种地形 来源丨网络
甚至于非常狭窄的区域，它也能比较顺利地通过。这种不需要特意设定构型，靠自身穿越各类环境的结构，简直就是世界上最懂事的“好宝宝”，是所有软体机器人的理想型！
但是这些机器人“繁殖”出来的后代，环境温度、培养皿的湿度、干细胞浓度稍微变一变，就会光速去世。
所以，现在咱们只管把它当做科技的新发展就足够了，或许未来在医学、器械等领域它将会变成造福人类的有力帮手。
史海拾趣
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