據外媒報導，去年，來自塔夫茨大學和佛蒙特大學的一個由生物學家和計算機科學家組成的團隊用青蛙細胞創造了一種名為“Xenobots”的新型微型自癒合生物機器。這種機器可以移動、推動有效載荷甚至可以在一群其他Xenobots出現時表現出集體行為。

看起來是時候為Xenobots 2.0做好準備了。

據悉，這個研究小組現在已經創造出了一種可以在不需要肌肉細胞來移動的情況下用單細胞自我組裝成一個身體、甚至還能顯示出可記錄記憶能力的生命形式。跟第一代相比，新一代的Xenobot移動速度更快、能夠適應不同的環境、使用壽命更長且它們仍能在團隊中一起工作並在受損時能夠自我修復。這項新研究的結果發表在《Science Robotics》上。

相較於Xenobots 1.0版本，新版本將“自上而下”的構建方式改為了“自下而上”。塔夫茨大學的生物學家們從非洲青蛙非洲爪蟾的胚胎獲得乾細胞並允許它們自行組裝和生長成球狀體。幾天后的一些細胞分化產生纖毛。這些纖毛給了新球形機器人以“腿”，這使得它們能在一個表面上快速移動。在青蛙或人類身上，纖毛通常會出現在粘膜表面如肺部，一次來幫助排除病原體和其他外來物質。在Xenobot上，它們被重新設計以提供快速移動。

當塔夫茨大學的科學家們創造了物理有機體時，UVM的科學家們正忙於運行計算機模擬，模擬xenobot的不同形狀，以觀察它們是否會表現出不同的行為，無論是單獨還是在群體中。這個團隊由計算機科學家和機器人專家Josh Bongard領導，在成千上萬的隨機環境條件下使用進化算法，利用佛蒙特大學佛蒙特高級計算核心的深綠色超級計算機集群。這些模擬被用來識別xenobot最有能力在粒子場中聚集大量碎片。

“我們知道任務是什麼，但對人們來說，成功的設計應該是什麼樣子並不明顯。這就是超級計算機介入的地方，在所有可能的Xenobot群體的空間中搜索以找到工作做得最好的群體，” 計算機科學家和機器人專家Josh Bongard說道，“我們希望Xenobots做有用的工作。現在我們給了它們一些簡單的任務，但最終我們的目標是一種新的生活工具，如可以清除海洋中的微塑料或土壤中的污染物。”

事實證明，新的Xenobot在垃圾收集等任務上比去年的模型速度更快、表現更好。它們還可以覆蓋大的平面或通過狹窄的毛細血管。這些研究還表明，矽模擬可以在未來優化生物機器人的附加功能進而實現更複雜的行為。Xenobot升級中增加的一個重要功能是記錄信息的能力。

機器人的一個核心特徵是能夠記錄記憶並使用這些信息來修改機器人的行動和行為。考慮到這一點，塔夫茨大學的科學家們設計出了具有讀寫能力的Xenobots來記錄一個字節的信息，另外還使用了一種叫做EosFP的熒光報告蛋白，它通常會發出綠色的光。然而當暴露在390nm波長的光下時蛋白質就會發出紅光。

青蛙胚胎細胞被注射編碼EosFP蛋白的信使RNA，然後乾細胞被切除以製造出Xenobots。成熟的Xenobots現在會有一個內置的熒光開關，它可以用來記錄390nm左右的藍光照射。

研究人員測試了記憶功能，他們讓10個Xenobot在一個表面上游泳，其中一個點被390nm的光束照亮。兩小時後，他們發現三個機器人發出紅光。其餘的則保持原來的綠色，這有效地記錄了機器人的“旅行體驗”。

這種分子記憶原理的證明可以在未來得到擴展，它將不僅用於檢測和記錄光線還可以用於檢測放射性污染、化學污染物、藥物或疾病狀況。對記憶功能的進一步設計可以讓機器人記錄多種刺激或允許機器人在感受到刺激時釋放化合物或改變行為。

Bongard表示：“當我們為機器人引入更多功能時，我們就可以用計算機模擬來設計它們從而讓它們具有更複雜的行為並能執行更複雜的任務。我們有可能將它們設計成不僅能報告環境條件，還能修改和修復環境條件。”

塔夫茨大學艾倫發現中心主任、生物學特聘教授Michael Levin則稱：“我們正在使用的生物材料有很多特點，我們希望有一天能在機器人中實現–細胞可以充當傳感器、運動馬達、通信和計算網絡及存儲信息的記錄設備。異種機器人和未來版本的生物機器人可以做到的一件事是它們的金屬和塑料替代品難以做到的，那就是隨著細胞的生長和成熟構建自己的身體計劃，如果細胞受損再進行修復和恢復。癒合是生物體的一種自然特徵，它在Xenobot生物學中保留了這一點。”

據了解，新Xenobot非常擅長癒合，其能在受傷後5分鐘內縫合厚度只有它們一半的嚴重全身撕裂傷。所有受傷的機器人最終都能夠治癒傷口、恢復形狀並像以前一樣繼續工作。

另外，Levin還補充稱，生物機器人的另一個優點是新陳代謝。跟金屬和塑料機器人不同，生物機器人的細胞可以吸收和分解化學物質，這就像是一座小型工廠一樣能夠合成和排泄化學物質和蛋白質。合成生物學的整個領域現在可以在這些多細胞生物中加以利用。

就像初代xenobot一樣，升級後的機器人可以依靠胚胎的能量儲備存活10天，在沒有額外能量來源的情況下運行任務，但如果保存在營養“湯”中它們則可以全速運行好幾個月。

在認識到這項技術的巨大前景，塔夫茨大學和佛蒙特大學建立了計算機設計生物研究所(ICDO)，它將在未來幾個月正式啟動，屆時將匯集各大學的資源和外部資源從而在未來創造出具有越來越複雜能力的活機器人。