脑机头条 第15期| 全球首例"活体机器人"诞生,可编程修改、能自由移动，未来或有认知能力

2020年1月16日

脑机头条 第15期

Xenobot 生物机器人的效果展示

近日，美国佛蒙特大学和塔弗茨大学团队的研究者使用进化算法研制了一种名为「Xenobot」的生物机器人，这项研究发表在顶级期刊《美国科学院院报》(PNAS)上，不仅引起了轰动和关注还引起了不少的恐慌。

Xenobot 由非洲爪蟾的皮肤细胞和心脏细胞改造而成，其名称「xenobots」为爪蟾拉丁名“Xenopus laevis”和机器人“robots”两个词的结合。

论文通讯作者约书亚·邦加(Joshua Bongard)称xenobots既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种，而是一种活的、可编程的有机体。

Xenobot可进行编程修改、自由移动，即使被切开也能够自动愈合。

Xenobots 能够集体行动效果图

Xenobot 能够推动外部对象效果图

Xenobot 在被切开后还能够自动修复

研究人员称设计这种生物机器人使用了人工智能领域的进化算法。研究人员在佛蒙特大学的超级计算机集群Deep Green设计出来的模型，并在该具有20000台笔记本电脑计算能力的集群上演算了一种进化算法。

使用 AI 设计和组装可编程器官的过程[红色: 可收缩的细胞, 青蓝色: 被动细胞]

研究者定义一个行为目标(如最大化的移动)，并提供两种构建块，红色的构建块通过生物方式完成活体机器人必要的功能(如移动等)。只有将这两种细胞通过特定的设计有机结合起来，才能做成一个功能正常的生物机器人

从爪蛙胚胎干细胞进化到生物机器人

构建 Xenobot 的具体流程：

第一步：显微注射受精的非洲爪哇胚胎（直径 1.15-1.2 毫米）

第二步：在 14°C 条件下培养 24 小时后，用显微手术钳子取出每个胚胎的卵黄膜。

第三步：使用显微钳取出每个胚胎的动物帽（animal cap），然后在离解媒质中培养 10 分钟。

第四步：将离解内细胞与外细胞分离。

第五步：轻轻搅动剩余组织，以更好地进行离解。

第六步：大量的细胞转化为琼脂糖壁（agarose well），使得细胞再聚合。

第七、八步：重新粘附时细胞集合体逐渐压缩，然后在 14°C 条件继续培养两天。

第九步：使用微烧灼设备调整 Xenobot 的形状。

最后一步：使用显微手术钳确定最后的造型。

按照设计设计出来的活体机器人形态和运动轨迹如下图：

研究团队

Xenobot 的研究登上了最新一期的美国国家科学院期刊 PNAS。制造出首个「活体机器人」的科研团队，来自美国佛蒙特大学（the University of Vermont）和塔夫斯大学。第一作者 Sam Kriegman 是佛蒙特大学计算机科学院的一名在读博士，他的导师则是计算机科学院的 Josh Bongard。

佛蒙特大学教授 Josh Bongard

参考：

深度学习这件小事

https://cdorgs.github.io (https://cdorgs.github.io/) (博客)

https://www.uvm.edu/uvmnews/news/team-builds-first-living-robots（新闻稿）

https://www.pnas.org/content/early/2020/01/07/1910837117（论文）

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