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?美研發“活體機器人” 可自我修復

2020-01-16 04:24:43大公報
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【大公報訊】綜合《衛報》、CNN及新華社報道:迄今為止,大多數機器都以金屬、塑料、混凝土等為原料,但近日美國研究人員創造出了首批由青蛙細胞構成的“活體機器人”,可進行編程修改、自由移動,甚至被切開后還能自動愈合。這些“生物機器”獨特的性質和功能,在醫學、生物學、化學等領域有很高的研究價值,也有廣闊的應用前景。

首批“活體機器人”被命名為“Xenobot”,因為它們的原材料是非洲爪蟾(Xenopus laevis)的干細胞。Xenobot研究項目由美國佛蒙特大學和塔夫茨大學共同完成,獲美國國防高等研究計劃署機器學習計劃資助,研究成果13日刊登于《美國國家科學院院刊》。

研究人員表示,設計Xenobot使用了人工智能領域的“進化算法”。這種算法首先在佛蒙特大學先進計算中心的Deep Green超級電腦上進行了數月的處理,運用500至1000個皮膚及心肌細胞隨機組合出不同的立體構造,再模擬其活動狀態,憑藉移動距離等指標,挑選出表現最好的設計加以改造,最終形成一系列設計藍圖。隨后,塔夫茨大學研究人員從非洲爪蟾的胚胎中提取干細胞,并培育成皮膚細胞或心肌細胞,在顯微鏡下按照藍圖組裝出Xenobot。

“全新的生命形態”

Xenobot的長度不足1毫米,比起一般人認知中有齒輪和機械臂的機器人,看上去更像一塊肉團。由于心肌細胞能自主收縮及擴張,Xenobot如同自帶迷你引擎,可在水中直行或繞圈。研究團隊表示,它們能夠在沒有額外營養補充的情況下存活7至10天,進行自主移動、探索。令人吃驚的是,它們還展現出了協同能力,如共同繞圈、推動物體。

佛蒙特大學資深研究員邦加德(Joshua Bongard)表示,Xenobot既不是傳統意義上的機器人,也不是任何一種已知動物,而是“有生命的機器”。塔夫茨大學生物學家萊文(Michael Levin)形容它們是“全新的生命形態”、“活生生的可編程生物”。

Xenobot發展潛力很大,它們由生物組織構成,受損時能自行治愈傷口,即使被切成兩半也能恢復,任務完成后則可完全分解,就像自然生物死后腐化一樣,對環境較為安全。從一些藍圖中可見,它們可以被設計為帶有中空結構,以便攜帶微小物體到指定區域,有望實現將藥物精準釋放在人體特定位置,而不損傷健康組織。萊文表示,“活體機器人”未來還有望用于搜索并清理放射性污染、收集海洋中的塑料垃圾,或在動脈中清除粥樣硬化斑塊等。

推動再生醫學發展

研究團隊指出,Xenobot不僅實際應用前景廣闊,還有助于細胞生物學的發展,為人類推開未來之門。萊文表示,研究對再生醫學影響深遠,今后的方向是擴大“活體機器人”結構規模,甚至可能以血管細胞、感知細胞等,組成人造眼等立體生物構造,彌補先天缺陷、重建老化器官。相關技術還有望實現癌變組織正常化。

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