活體機(jī)器人問世！我們可能在觸碰禁忌
美國研究人員于1月13日在美國國家科學(xué)院院刊上發(fā)表最新科研成果，他們利用非洲爪蛙的干細(xì)胞，創(chuàng)造出史上首個(gè)活的微型機(jī)器人“Xenobots”，有兩條短腿，能靠自己的力量活動(dòng)。
據(jù)報(bào)道，研究人員通過程序編寫，讓這些“活體機(jī)器人”能在人類體內(nèi)輸送藥物、穿過人體動(dòng)脈清除斑塊，或是在海中去除有毒的塑料微粒。由于它們是“活體機(jī)器人”，因此若是損壞或撕裂，能自行復(fù)制和修復(fù)。
佛蒙特大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)和機(jī)器人專家邦加德(Joshua Bongard)說，“這些都是新的活體機(jī)器人。它們既不是傳統(tǒng)的機(jī)器人，也不是一般動(dòng)物。它們是一種活體、可程序編寫的生物體。
活體機(jī)器人的原理
值得注意的是，美國科研人員使用的原材料為非洲爪蛙干細(xì)胞。非洲爪蛙最初是被作為一種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)繁殖的，原因很簡單，就是生命力強(qiáng)、易于操作且容易繁殖。人類歷史上第一次克隆試驗(yàn)就是用非洲爪蟾完成的，我們更熟知的克隆羊多莉其實(shí)是第一只克隆的哺乳動(dòng)物。
所以這次研究人員選用非洲爪蟾也是因?yàn)槿祟悓?duì)這種生物太熟悉了。
科研人員選擇了非洲爪蟾的胚胎，分離出胚胎干細(xì)胞，然后在體外進(jìn)行分化和擴(kuò)增，分別誘導(dǎo)其分化為表皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞。
分化為心肌細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)在于，只要外界環(huán)境的化學(xué)成分穩(wěn)定，就可以保持不斷地自主收縮，這樣就能保證源源不斷的動(dòng)力。
而表皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞來源于不同的胚層，在構(gòu)建生物機(jī)器人的時(shí)候不容易和心肌細(xì)胞混合，而是一團(tuán)表皮細(xì)胞團(tuán)與一團(tuán)心肌細(xì)胞團(tuán)緊密粘在一起，形成一定的功能結(jié)構(gòu)。未來如果需要這種生物機(jī)器人發(fā)揮其他功能，表皮細(xì)胞可以換成其他細(xì)胞，甚至在這兩種細(xì)胞之外再加一兩種。
不會(huì)動(dòng)的表皮細(xì)胞被稱為” 被動(dòng)細(xì)胞”，會(huì)動(dòng)的心肌細(xì)胞則稱為“主動(dòng)細(xì)胞”。前者為后者提供收縮運(yùn)動(dòng)的杠桿，后者為前者提供動(dòng)力。這樣兩種細(xì)胞就構(gòu)成了一種可以運(yùn)動(dòng)的復(fù)合細(xì)胞團(tuán)。
之后利用細(xì)胞分泌的細(xì)胞外基質(zhì)，用精密的鑷子把兩團(tuán)細(xì)胞粘在一起。
然后通過計(jì)算機(jī)模擬構(gòu)型，讓這團(tuán)細(xì)胞按照需要的形式運(yùn)動(dòng)，這也是這項(xiàng)研究的高明之處和創(chuàng)新性所在。
為了確認(rèn)表皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞在空間結(jié)構(gòu)上如何搭配才能讓細(xì)胞完成不同的運(yùn)動(dòng)功能，研究團(tuán)隊(duì)選擇了計(jì)算機(jī)模擬，讓不同的描配結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)模擬環(huán)境下進(jìn)行流體力學(xué)的運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)。
紅色的心肌細(xì)胞和藍(lán)色的表皮細(xì)胞，以不同的數(shù)量比例、不同的搭配方法進(jìn)行無數(shù)種搭配，然后交給計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算,分析其在液體環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)受力情況和運(yùn)動(dòng)軌跡。這樣粗篩出最符合設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)再進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
活體機(jī)器人的局限性
這種生物機(jī)器人能夠根據(jù)使用目的進(jìn)行計(jì)算機(jī)預(yù)先編程，然后根據(jù)模擬結(jié)果捏出來需要的構(gòu)型。雖然這項(xiàng)研究開創(chuàng)了一個(gè)非常新穎的思路，但是距離廣泛應(yīng)用還面臨一系列的難題:
01
批量生產(chǎn)不能靠手工完成
目前所有活體機(jī)器人均為科研人員手工"捏造”。未來如果需要應(yīng)用到人體，顯然幾個(gè)機(jī)器人肯定是不夠用的。如何生產(chǎn)成于上萬個(gè)這種小肉球，使其在結(jié)構(gòu)和功能上超近于一致,不能純靠人工。
02
營養(yǎng)供應(yīng)需要外界提供
雖然在論文中，生物機(jī)器人顯示出不眠不休的持續(xù)工作能力、不懼機(jī)械損傷的修復(fù)能力。但這一切都有賴于穩(wěn)定的外環(huán)境——這些小肉球無不浸泡在營養(yǎng)豐富、 含有氧氣的培養(yǎng)基里面。所以可以想見，未來如果這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于人體，機(jī)器人可能只能在血管中運(yùn)行，依靠血液中的營養(yǎng)和氧氣維持生命和功能。
03
未來人體應(yīng)用存在諸多問題
如果未來這種技術(shù)要應(yīng)用到人體，那就不能從胚胎干細(xì)胞分化出主動(dòng)細(xì)胞和被動(dòng)細(xì)胞，因?yàn)閺膫惱砩蟻碚f那顆胚胎已經(jīng)是獨(dú)立的個(gè)體。
如果用其他的人類胚胎干細(xì)胞，這些干細(xì)胞分化以后將產(chǎn)生成熟的MHC抗原，用到其他人體會(huì)出現(xiàn)免疫排斥反應(yīng)，或許需要術(shù)前配型。具體類似于器官移植的配型。
如果通過胚胎干細(xì)胞分化的方式，就需要從人體已經(jīng)分化成熟的人體組織中分離出細(xì)胞再擴(kuò)增用于制造生物機(jī)器人。
但這又面臨了一個(gè)更加棘手的問題，心肌細(xì)胞要從心臟取組織，而且心肌細(xì)胞在體外很難擴(kuò)增。
無法回避的倫理問題
波士頓塔芙茨大學(xué)艾倫探索中心主任萊文說：
“這些都是全新的生命形式。它們從未在地球上存在過?！?/span>
牛津大學(xué)Uehiro實(shí)用倫理學(xué)中心的高級(jí)研究員托馬斯·道格拉斯說:
“關(guān)于這些活體機(jī)器人的道德地位，有一些有趣的倫理問題。在什么時(shí)候，他們會(huì)成為應(yīng)該得到生存保障的生物？我認(rèn)為，只有當(dāng)它們包含了能夠讓某種精神生活得以實(shí)現(xiàn)的神經(jīng)組織，比如體驗(yàn)痛苦的能力，它們才會(huì)獲得倫理意義。”
“但有些人在倫理問題上考慮得更加寬泛。他們認(rèn)為所有生物都有生存的權(quán)益，應(yīng)該給予道德上的考慮。對(duì)這些人來說，這些活體機(jī)器人應(yīng)該被歸類為生物還是機(jī)器，這是一個(gè)難題?！?/span>
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這種活體機(jī)器人本質(zhì)上來說是利用細(xì)胞的物理特性來運(yùn)作，可以自行設(shè)計(jì)其運(yùn)動(dòng)方式，并且能夠自行修復(fù)。
未來如果對(duì)其他細(xì)胞的功能、或是不同細(xì)胞之間的相互作用進(jìn)行進(jìn)一步研究，探究出具有其他特性的細(xì)胞材料，或許能設(shè)計(jì)出更加復(fù)雜的活體機(jī)器人，前途不可限量。
但是這樣的應(yīng)用也是極為危險(xiǎn)的，可以預(yù)見的是，隨著活體機(jī)器人技術(shù)越來越成熟，，其形態(tài)也會(huì)越來越趨向于微型生物。
試想一只微型的爪蛙在體內(nèi)運(yùn)輸藥物或是清潔血管，甚至是不同生物細(xì)胞的組合體，這恐怕是大多數(shù)人難以接受的。
更何況，這樣的活物機(jī)器人理論上比金屬和數(shù)據(jù)構(gòu)成的智能機(jī)械更難控制——作為活物會(huì)不會(huì)緩慢進(jìn)化？會(huì)不會(huì)進(jìn)化情感和思維？甚至進(jìn)化的比人類還要高級(jí)、反噬人類自身？
要知道地球上的所有生命都起源于原始細(xì)胞，我們可能已經(jīng)觸碰到了創(chuàng)造物種的禁忌領(lǐng)域。
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