千百年来，各种生命为了延续自己的基因，繁衍不息。如今，一种造型像“吃豆人”的人造生物机器人，又找到一条新的繁衍之路。

当地时间11月29日，美国佛蒙特大学、塔弗茨大学和哈佛大学威斯研究院（Wyss Institue）的研究人员在《美国科学院院报》（PNAS）上发表论文，描述了世界首种生物机器人Xenobot（也被称为“异形机器人”）的自我繁衍方式。

去年，由非洲爪蛙干细胞中诞生的异形机器人，已经在科学界制造出伦理上的争议。此番异形机器人学会自我繁衍的消息一出，更是引来舆论界的喧哗。有人担忧异形机器人会突破管制，反噬人类。但科学家认为，这种机器人是环保和医药界的“未来之星”。

根据哈佛大学威斯学院官网29日发布的新闻，去年以美国佛蒙特大学计算机科学系教授舒亚·邦加德（Joshua Bongard）为通讯作者的研究团队，创造出了世界上首种生物机器人“Xenobot”。

“异形机器人”并不是传统的机器人，也不是机械装置的机器人，而是不到1毫米的生物机器人，即微型生物机器人，比微生物大得多，也比一些寄生虫大。邦加德曾如此定义这种人造生命：“它们既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种。这是一种活的、可编程的有机体。”

根据邦加德团队的描述，他们首先从青蛙胚胎中提取活干细胞，让它们孵化成心脏细胞和表皮细胞，单独培养后再将两种细胞拼凑在一起。研究人员再观察它们独特的结构（包括细胞排列和斑点的整体形状）如何与行为对应。

相关数据发送给佛蒙特大学的计算机科学家团队后，后者利用超级计算机集群Deep Green对异形机器人的数字化版本构建了一个模拟环境，并且利用了生命演化的自然选择的过程。

根据这个模型，在模拟中完成特定任务的异形机器人会被认为是“合适的”，从而创造出新一代“进化的”异形机器人。研究人员还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”。重塑的细胞形状各异，有的是楔形，有的是拱形。

由于异形机器人是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，因而具有自然生命的多种生命特质，如可以在水性介质中移动、具有自我修复能力、可自行生物降解。

本次《美国科学院院报》上的论文，描述的就是异形机器人在运动学上的自我复制方式。哈佛大学威斯研究院的报道形象地描述了“繁衍过程”。原来，这些有爪蛙细胞组装成的有机体，可以游到培养皿中，将数百个干细胞聚集在一起，然后在它们吃豆人形状般的“嘴”里组装新的异形机器人“宝宝”。

吃豆人形状的异形机器人推动松散的细胞形成一个新的细胞簇

几天后，这些“宝宝”成为了新的异形机器人，拥有和父辈一样的外星和移动方式。然后，这些新的异形机器人再度使用同种方式，寻找细胞，建立自己的“副本”，周而复始。

邦加德博士说：“有了正确的设计，它们就会自发地自我复制。”

有意思的是，人工智能在这一过程中“居功至伟”。原本，异形机器人的母体由大约3000个细胞组成，是一个球体。它“可以生孩子”，但没有办法“系统性地繁殖”。通过佛蒙特大学Deep Green超算集群上的人工智能程序模拟，测试了数十亿种体型，其中包括三角形、正方形、海星的形状等等，目的是为了让异形机器人更有效地进行运动学复制。

论文作者之一的山姆·克里格曼（Sam Kriegman）博士说：“我们曾让超算弄清楚如何调整父辈异形机器人的形状。经过几个月的运算，人工智能想出了一些奇怪的设计，其中一种很像吃豆人......它不是一个人类工程师能想出来的东西，为什么只有一个嘴巴，而不是五个呢？”

克里格曼将这一设计提交给了另一名研究人员道格·布莱里斯顿（Doug Blackiston），最终他设计出了这些吃豆人形状的机器人。“然后这些父母创造孩子，孩子创造孙子，孙子创造重孙.......正确的设计，极大地延长了后代的数量。”

邦加德评价说：“我们发现，在生物体或生命系统中有一个以前未知的空间，空间巨大。那么我们该如何探索那个空间呢？我们创造了会走路会游泳的异形机器人。现在我们在研究中发现异形机器人可以进行运动学复制。那么之后还会有什么？”

科学家们在《美国国家科学院院刊》上写道：“生命在表面之下，隐藏着出人意料的行为，这些尚待发现。”

随着媒体的报道，相关研究已经在社交网络上引起热议。“我们完蛋了。”微软全国广播公司（MSNBC）的专栏作家，美国著名媒体人言简意赅地总结道。

“天呐，难道它们会逃跑然后制造另一场疫情吗？它们已经在公开嘲笑我们了。”

“这些人以前难道没看过科幻电影吗？”

对于舆论争议，邦加德回应说，这些毫米级别的异形机器人目前都在实验室中，很容易被销毁。并且，联邦、州和学术机构的伦理专家已对此审查。真正让人担忧的，其实是现实世界。“我们有一种道德责任感去了解，在什么样的情况下我们可以控制它，引导它还是浇灭它。”

他称目前世界面临的新冠疫情，以及环境问题，异形机器人都有能力解决。“我们提出解决方案的速度至关重要。如果我们可以从异形机器人中吸取经验，继续开发技术，那么未来我们可以利用人工智能创造新的生物工具，这将非常有用但也需要很长的时间......比如利用生物机器人从水中提取微塑料或制造新药物。”

此外，研究团队还从异形机器人中看到了再生医学的前景，这是解决创伤损伤、出生缺陷乃至攻克癌症和衰老的方法之一。

数十亿年来，生物体为了延续生命，已经进化出多种繁衍方式。近日，美国佛蒙特大学和塔夫茨大学的研究团队发现了一种全新的生物繁殖方式，并利用这一发现创造了有史以来第一个可自我繁殖的活体机器人——Xenobots 3.0，未来或可为外伤、先天缺陷、癌症、衰老等提供更直接、更个性化的药物治疗。研究结果发表在29日《美国国家科学院院刊》上。

去年，该研究团队用非洲爪蟾早期胚胎中的皮肤和心脏细胞组装成一种全新的生命形式，创造出全球首个活体机器人“Xenobots（异种机器人）”。它们可在耗尽能量之前独立移动约一周，同时可自我修复并自然分解。今年3月，Xenobots 2.0活体机器人问世，其能够使用像头发一样的纤毛“腿”自行推进，在一个表面上快速移动。此外，它还有记录信息的能力。

此次全新升级的Xenobots 3.0仅有毫米宽度，既不是传统的机器人，也不是一种动物，而是活的、可编程的有机体。

研究人员发现，如果将足够多的异种机器人放置在培养皿中彼此靠近，它们会聚集并开始将其他漂浮在溶液中的单个干细胞堆叠起来。于是，多达数百个干细胞在它们如同吃豆人形状的“嘴”中组装了“婴儿”异种机器人。几天后，这些“婴儿”就会变成外观和动作都跟母体一样的新异种机器人。然后这些新的Xenobots可再次出去寻找细胞，并建立自己的“副本”，就这样周而复始，不断复制。

AI设计的吃豆人形状的“母体”生物（红色），旁边是被压缩成球状的干细胞——“后代”（绿色）。图片来源：道格拉斯？布莱克斯顿和山姆·克雷格曼

该研究主要作者、美国佛蒙特大学计算机科学和机器人学教授乔什·邦加德说，异种机器人最初是球形的，由大约3000个细胞组成。分子水平上的动力学复制是众所周知的，但以前从未在整个细胞或生物体的水平上观察到过，而此次Xenobots 3.0的复制正是运用了这一机制。

Xenobots 3.0的设计团队（左起）：乔西·邦加德，佛蒙特大学；迈克尔·莱辛，塔夫茨大学和哈佛大学Wyss研究所；道格拉斯？布莱克斯顿，塔夫茨大学；山姆·克雷格曼，塔夫茨大学和哈佛大学Wyss研究所。图片来源：塔夫茨大学

邦加德介绍说，为了让异种机器人在此类复制中更有效，研究人员利用人工智能技术测试了数十亿种体型，最终塑造出类似吃豆人一样的C形状，这种形状能够在培养皿中找到微小的干细胞，聚集并完成复制。

虽然自我繁殖的生物技术用途令人担忧，但研究人员表示，这些机器人完全被封装在实验室中，是可生物降解的，很容易被消灭，并经过了美国联邦、州和机构各级伦理专家的审查。

邦加德表示，这种分子生物学和人工智能技术结合的成果或可用于人体和环境中的许多任务，例如收集海洋中的微塑料、检查根系和再生医学等。

美国科学家团队去年通过提取非洲爪蛙的干细胞，创造出史上首个活体机器人（Xenobots）。如今，他们惊奇地发现它能够进行自我繁殖了，而且是以一种全新的生物繁殖方式。外观酷似80年代的电子游戏《吃豆人》。母体会在培养皿中找到微小的干细胞，并将数百个干细胞聚集在它的“嘴里”，几天后，这“一团”干细胞就会变成新的活体机器人，并重复这种繁殖行为。

全球首次，实属罕见！

在生孩子这件事儿上，美国科学家创造了奇迹：让活体机器人「生娃」。

你没看错，世界上第一个「活体机器人」正在繁衍...

当这些酷似「吃豆人」的机器人「父母」在环境中移动时，它们会在「嘴巴」中收集数百个干细胞。

随着时间的推移，这些干细胞会聚集在一起，形成机器人宝宝，发育成熟之后，看起来就像它们的父母一样。

这是由来自佛蒙特大学、塔夫茨大学以及哈佛大学 Wyss研究所的科学家们发现的一种全新的生物繁殖形式，并将他们的发现应用于创造了有史以来第一个「自我复制」的活体机器人。

目前，这项研究已于10月22日发表在 PNAS 上。

该研究的合著者、塔夫茨大学的资深科学家 Douglas Blackiston 表示，「长期以来，人们一直认为我们已经找到了生命可以繁殖或复制的所有方式。但这次我们的发现是之前从未见过的。」

全球首次！活体机器人「生娃」

本来，非洲爪蟾蛙的这些胚胎细胞会发育成皮肤。但它会挡在蝌蚪的外面，阻挡病原体并重新分配粘液。

研究人员这次将这些胚胎细胞置于一个新的环境下，让其有机会重新利用这个「多细胞性」。

这次，这些胚胎细胞要发育的目标和皮肤大不相同。

「这些青蛙细胞的复制方式与以往大不相同。科学上已知的任何动植物都不会以这种方式复制」，这项新研究的主要作者 Sam Kriegman 博士说。

最初，由大约 3000 个细胞组成的爪蟾机器人（Xenobot）亲本形成了一个球体。大约 3 天后，球体外表面上会形成纤毛。

当产生的成熟细胞群处于培养皿中约 60000 个分离的干细胞中时，它们的集体运动将一些细胞推到一堆。

如果这个「堆」足够大，这些细胞群就能发育成会游泳、带纤毛的后代。如果分离干细胞更多，则会产生更多的后代。

不过，这个复制过程最多持续两轮。是否会停止取决于适合青蛙胚胎发育的温度范围、解离细胞的浓度、成熟生物的数量和随机行为、溶液的粘度、培养皿的几何形状表面，以及污染的可能性。

确实，就像研究论文作者之一Sam Kriegman 博士所说：「这些机器人可以生孩子，但之后这个复制系统很快就会消亡。要让系统继续复制非常困难」。

看来，球体结构不利于机器人的生殖系统的复制，怎么办？试试别的形状！

这正是AI入场的好时候。

通过 Deep Green 超级计算机集群上运行的AI程序，进化算法在模拟中对数十亿种形状进行了测试——三角形、正方形、金字塔、海星形——让细胞在复制中的效率更高。

研究人员使用一种进化算法，从随机群开始，进化出具有增加自我复制能力的细胞群。（ FG = 给定群体实现的子代数。小数部分表示群体距离实现另一轮复制的距离。）

这个进化试验中最成功的世系起源于一个球体，它构建的桩不超过 74% 自我复制所需的大小阈值。

爪蟾机器人（Xenobot）能够在培养皿中找到微小的干细胞并将数百个干细胞聚集在「嘴」(指C型的缺口) 里，几天后这组干细胞就会裂变成新的爪蟾机器人。

「我们利用超算弄清楚了如何调整最初父母亲本的形状。经过几个月努力，AI想出了一些奇怪的设计，包括一个类似于「吃豆人」的形状。这种设计相当违反直觉，它看起来很简单，但人类工程师想不出来。」Sam Kriegman说。

比如，为什么是一张嘴？为什么不是5张嘴？不过，形状虽然看起来有点奇怪，但效果很好。经测试，这个「吃豆人」形状大大延长了Xenobot 机器人复制系统的寿命。

实验表明，在经历AI算法筛选出的「吃豆人」形状下，机器人的自我复制系统寿命，由最多2代增加到了4代。

现在，这些机器人的儿子能生孙子，孙子又生了曾孙，繁殖还在继续......

众所周知，运动学复制在分子水平上是众所周知的，但以前从未在整个细胞或生物体的尺度上观察到。

Douglas表示，「我们已经发现，在生命系统中存在着一个未知的空间。我们如何去探索那个空间？我们发现了会走路的机器人；我们发现了会游泳的机器人。现在，我们又发现了可以运动、可以自我复制的异形机器人。未来还会有什么发现呢?」

诚如研究人员所说，「在生命的表面之下，还隐藏着更多令人惊讶的行为，等待我们去发现。」

回顾：可编程「活体机器人」的诞生

大多数人都会认为机器人是由金属和陶瓷制成的，不过爪蟾机器人同时也是由青蛙细胸制造的有机体。

2020年，还是这群美国科学家，首次利用从青蛙胚胎中提取的活细胞，创造出第一个有生命的机器。

这些毫米级的「活体机器人」（xenobots）可以朝目标移动，也可以携带一个有效载荷（例如需要运送到患者体内特定位置的药物），还能在切割后自行愈合。

在UVM的超级计算机集群上进行了数月的处理之后，该团队（包括主要作者和博士生Sam Kriegman）使用了一种进化算法，为新的生命形式创建了数千个候选设计。

为了完成科学家们布置的任务，比如朝一个方向移动，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。

从随机构造开始

首先，他们采集非洲爪蟾（学名「Xenopus laevis」）胚胎中的干细胞，并将它们分离成单个细胞，然后进行孵化。

接着，使用微型镊子和一个更小的电极，将细胞切割并在显微镜下连接到计算机所指定的设计中。

这些细胞组装成自然界中从未见过的身体形态，开始协同工作。

皮肤细胞形成了一个更被动的结构，而心肌细胞曾经的随机收缩被用于创造有序的向前运动，这是在计算机设计的指导下，并借助于自发的自组织模式，使机器人能够自行移动。

机器人自行移动

此外，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。

Bongard表示，「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。」

切开后可自愈

论文合著者Levin表示，这些青蛙细胞可以被打造成有趣的新的生物形式，与它们的原有解剖结构完全不同。

构建活体活体机器人，是迈向破解所谓「形态学代码」的一小步，更是向着更深入了解生物的整体组织方式，及其计算和存储信息的方式迈出了一大步。

机器人「生娃」，恐惧？兴奋？

美国科学家首次实现了让活体机器人繁育，有些人可能会觉得这令人振奋。

Bongard表示，「我们正在努力理解这个属性: 复制。世界和技术正在迅速变化，对于整个社会而言，我们研究并理解这种现象是如何发生的，这一点非常重要。」

团队的目标是加快人们从认识问题到给出解决方案的转变速度，比如利用活体机器人把塑料微粒从下水道中拉出来，或者制造新的药物。

研究团队看到了活体机器人朝着再生医学发展的前景。

Levin解释道，「如果我们知道如何告诉细胞集合做我们想让它们做的事情，最终，那就是再生医学，比如创伤性损伤、出生缺陷、癌症和衰老的解决方案。这些问题的存在是因为我们不知道们不知道如何预测和控制细胞群的构建。」

然而，有些人可能会对可自我复制的生物技术的概念感到担忧，甚至感到恐惧，比如一些网友。

「人类覆灭将至，感谢天网」。

Xenobot：我会转圈、会繁殖。

人类：它们会杀了我们。

俗话说得好，「今天转转圈，明天 T1000」。

不知你是否看过《异星灾变》（Raised by Wolves）这部科幻美剧，一个Mother，一个Father ，这2个机器人授命在一个神秘星球抚育人类后代，

剧情演变到最后，机器人母亲怀孕，生出了一个像蛇又像鳗鱼的奇怪物种。

看来，机器人生娃这件事还真是不敢恭维...不知各位网友，是期待多一点，还是害怕多一点？