團隊製造出首個可繁殖的活體機器人

爲了生存，生命必須進行繁殖。經過數億年的進化，生物體已經形成了多種繁殖方式，從植物的萌芽到動物的有性繁殖，再到病毒的侵入性複製。

如今，佛蒙特大學、塔夫茨大學和哈佛大學的Wyss生物啓示工程研究所的科研團隊發現了一種全新的繁殖方法，並據此創建了史上首個能自我複製的活體機器人。

這個團隊，曾在2020年首次製造出由青蛙細胞構建的活體機器人“Xenobots”。他們發現，這些通過計算機設計並手工組裝的生物體能夠在微型培養皿中移動，找到單個細胞，集結數百個細胞，並在其形似“喫豆人”的結構內部組裝出“幼小”的Xenobots。幾天後，這些“幼小”Xenobots成長爲新的、與原型外觀和行爲相同的Xenobots。

之後，新的Xenobots可以繼續尋找細胞並自我複製，如此循環。

佛蒙特大學的計算機科學家Joshua Bongard博士指出：“憑藉正確的設計，它們能夠自然地自我複製。”此項研究成果已於2021年11月29日發表在《國家科學院院刊》。

在Xenopus laevis青蛙中，這些細胞本應發展爲皮膚。Michael Levin博士解釋說：“它們原本存在於蝌蚪的表面，起到抵禦病原體和重新分配粘液的作用。但當我們把它們放入一個全新的環境中，它們得以重新定義自己的身份。”

而這種重新定義並非簡單的皮膚形態。Douglas Blackiston博士強調：“我們過去常認爲已經探索了所有可能的繁殖或複製方式，但這是一個全新的發現。”

Levin進一步指出：“儘管這些細胞擁有青蛙的基因組，但當它們不再是蝌蚪的一部分時，它們展現出了驚人的集體智慧和適應性。”在之前的實驗中，科學家們已經證實Xenobots可以被設計來執行簡單任務。現在，他們發現這種計算機設計的細胞集羣竟然可以自行復制。

Sam Kriegman博士是這項研究的主要作者，他表示：“這些青蛙細胞以一種與青蛙完全不同的方式進行復制。沒有任何已知的動植物採用這種繁殖方式。”

Xenobot由大約3,000個細胞組成，形成一個球狀結構。利用UVM的Deep Green超級計算機，人工智能程序經過數月的測試和模擬，找到了讓細胞進行有效自我複製的最佳形態。

儘管具有自我複製能力，Xenobots仍需要新的細胞來繼續生長，而細胞資源會逐漸減少。此外，這種複製方法也可能受到其他因素的影響，例如胚胎細胞的活動或外部環境的變化。

然而，這項研究爲生物機器人領域提供了新的發展方向，並可能爲未來的醫學應用開闢新途徑。儘管如此，與所有新技術一樣，自我複製的能力帶來了潛在風險。爲了確保安全，研究者在嚴格的實驗環境下對Xenobots進行了監控。

Bongard博士總結說：“我們絕不希望所創造的生物機器人逃離實驗室並在自然界中繁殖。當前的研究受到嚴格控制，它爲我們提供了一個獨特的機會來研究生命如何形成、複製，以及機器人如何工作和自我複製。”

這項研究爲生物學、機器人學和生物工程之間建立了有趣的聯繫，爲我們提供了對生命和機器的新認識。通過整合這些領域，科研人員正在深入探索生命的潛力和界限。