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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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