一个全新的生命体正在科学史册中游动——一个由人工智能设计的活体机器人。
在本周早些时候发表的一篇论文中，来自佛蒙特大学的计算机科学家和塔夫茨大学的生物物理学家描述了如何利用人工智能设计一种由青蛙干细胞组成的全新生物体——并基于这些设计创造出微小的活体机器人。他们的主要目标是利用这些尖端的小生物更好地理解各种细胞是如何相互交流的。
这些“异种机器人”不能进食，不能繁殖，只能存活大约一周——所以“弗兰肯青蛙”入侵的担忧应该不是你的首要任务。它们能做的就是行走、游泳、推或搬运物体，以及群体协作。对于这种由细胞混合制成的、独一无二的机器人来说，这些都是了不起的成就。
为了实现这一目标，佛蒙特大学的团队设计了一个人工智能，能够运行数万次模拟，来预测不同形状的皮肤细胞和心肌细胞组合在现实世界中的行为。塔夫茨大学的团队利用了其中一些预测，用从青蛙胚胎中提取的干细胞构建了一个功能性的生物体。
该团队通过修剪胚胎的周边区域来获取这些细胞，这些区域通常会在生长过程中发育成皮肤或心肌。他们手动将组织分解成单个细胞，然后放入一个模具中。
这有点像制作果冻：所有东西都搅在一起，你可能想不到这些单个细胞能够协调。换句话说，果冻永远不会从液态变成一种有弹性的半固体食物。但塔夫茨大学的生物物理学家迈克尔·莱文说：“它们构建的不是一团糟，而是一个功能性的、有凝聚力的生物体。”
该生物体的运动基于其心肌细胞的特性，这些细胞被设计成可以收缩（这就像你的心脏跳动一样）。莱文说，皮肤细胞就像在身体里一样，负责将所有东西固定在一起。密歇根州立大学的微生物学家克里斯托弗·达米（未参与此研究）也持此观点。
将异种机器人从模具中取出后，团队会手动将其修剪成人工智能设计预测的形状。莱文说，他们已经为异种机器人创建了一个会移动的“食谱”，并且每次都能产生执行相同功能的生物体。这些生物体最终可能在实验室外有实际应用，例如改进药物输送。
这仅仅是第一步。“将计算机生成的生物体转化为生物体是一件新事物，”达米说。但目前尚不清楚这种方法需要多久才能产生医疗技术，或者甚至能提供对细胞工作原理的新见解。
然而，这是有前途的。耶鲁大学的机器人工程师丽贝卡·克莱默-博蒂廖在给《大众科学》的一封电子邮件中表示：“将机器人行为从模拟转移到现实是极其困难的，而这篇新论文展示了令人印象深刻的结果。”“该团队利用活体细胞来实现模拟的设计和行为，这预示着我们未来生成生物相容性机器人以及利用活体组织的韧性和智能的软机器人的能力特别有潜力。”
目前，该团队专注于基础科学，而非科幻般的医疗可能性。他们正在致力于为异种机器人创建更清晰地展示细胞如何相互交流的“食谱”。我们知道它们使用电力和化学信号等方式进行协调，但目前我们对它们在说什么，或者它们是如何决定构建什么形状的，一无所知。
制作“活体机器人”的方法不止一种，这个青蛙机器人也不是第一个。其他团队正在使用基因工程和不同类型的组织生成来创建可以执行非设计功能的细胞。佛蒙特大学的计算机科学家乔什·邦加德说，真正的进步在于使用人工智能来设计异种机器人。他说，计算机“基本上是在对数十亿甚至数万亿个异种机器人设计进行反复试验”。这项研究表明，这种方法在制造能在现实世界中工作的设计方面非常有效。
虽然这听起来可能像科幻小说，但人类一直在重塑生物体，而且已经这样做了数千年。但这个过程通常需要数十年甚至数百年——想想像玉米这样的驯化作物，它们与其野生祖先几乎没有相似之处——而且精确的最终结果几乎无法控制。
邦加德承认，创造全新的生物体会引发许多伦理问题——尽管这些生物体无法以我们所理解的方式思考或感受。他说，随着技术的发展，我们可能最终需要制定法规来确保异种机器人得到合乎伦理的对待。
然而，“它们并非你通常认为的那种‘活着的’，”达米指出。“这些是受刺激做出反应的组织。”
这些机器人将走向何方，以及它们能告诉我们多少关于细胞工作原理的信息，还有待观察。莱文最兴奋的是研究细胞如何交流。“从生物学角度来看，大局是理解单个细胞如何合作以及它们如何决定构建什么身体，”莱文说。“这真是一个‘沙盒’。”
他说，理解细胞交流将对生物科学的未来至关重要。“我们基本上处于计算机科学20世纪40年代的阶段，当时要重新编程什么，你不得不移动电线和重新编程硬件，”他说。在这种情况下，这意味着基因工程。“我们必须朝着更好地理解‘软件’的方向前进。”
然而，达米说，要做到这一点，可能需要开发更精细的物理控制细胞的方法。目前，该团队必须手动构建异种机器人，尽管他们希望最终实现自动化，但达米说，能够简单地3D打印出这种生物体的技术还有很长的路要走。
达米说：“这些东西是胚胎。它们很小。而且我认为我们目前还没有达到你希望的那种机械化水平。”
然而，即使数量不多，这些微小的生命体也能提供关于细胞如何形成组织的重要信息。
