你可能听说过或没听说过 Xenobots，这是一种弗兰肯蛙式的创造，研究人员将青蛙胚胎细胞变成微小的生物机器，它们可以移动、推动或携带物体，并协同工作。这些短暂的生命体最早由塔夫茨大学和佛蒙特大学的一个科学团队于 2020 年制造。
构建这些“机器人”的目的是了解细胞如何相互通信。以下是关于 Xenobots 如何工作以及它们目前用途的硬核事实的分解。
什么是 Xenobots？
“活体机器人”听起来可能像科幻恐怖片里的词，但它们与你在银幕上看到的有意识的机器人 androids 完全不同。
“最基本地说，这是一个用细胞和组织构建的平台或方式，就像我们可以用机械零件构建机器人一样，”塔夫茨大学高级科学家 Douglas Blackiston 说。“你可以把它想象成乐高积木，你可以将不同的乐高积木组合在一起，用同一套积木你可以制作出许多不同的东西。”
但为什么有人想用活体组件而不是金属和塑料等传统材料来制造机器人呢？一个优势是，某种意义上的生物机器人是可生物降解的。在环境应用中，这意味着如果机器人损坏，它不会像金属、电池或塑料垃圾一样污染环境。研究人员还可以对 Xenobots 进行编程，让它们在其生命周期结束后自然分解。
如何制作 Xenobot？
Xenobots 的构建块来自雌性非洲爪蟾产下的卵，其学名是 Xenopus laevis。
就像传统的机器人一样，它们也需要其他基本组件：能源、用于运动的电机或执行器以及传感器。但对于 Xenobots 来说，所有这些组件都是生物的。
Xenobots 的能量来自两栖动物卵中都含有的卵黄，这可以为这些机器提供大约两周的动力，而无需额外喂食。为了让它们移动，科学家可以添加“生物电机”，如肌肉或心肌组织。他们可以将这些电机以不同的方式排列，以使 Xenobots 以特定方向或速度移动。
“我们使用心肌组织是因为心肌细胞以固定的速率跳动，如果你用它构建，它会产生一种类似毛毛虫的运动，”Blackiston 说。“我们获得的另一种运动类型来自纤毛。这些是微小的毛发状结构，在不同类型组织的外部搏动。这是一种在微观世界中占主导地位的运动。如果你取一些池塘水并观察，你会看到大部分运动都是由纤毛完成的。”
科学家还可以添加光遗传学肌组织或化学感受器等组件，使这些生物机器人能够对光或其他环境刺激做出反应。根据 Xenobots 的编程方式，它们可以自主导航周围环境，或者研究人员可以添加刺激来“驱动”它们。
“还有许多光合藻类具有光传感器，可以直接连接到电机上，这使得它们可以游向阳光，”Blackiston 说。“我们在遗传层面进行了大量工作，对它们进行修饰，使其能够响应不同类型的化学物质或不同类型的光源，然后将它们与特定的电机连接起来。”
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即使是原始形式的 Xenobots，也能传达某种记忆，或向研究人员传递它们去过哪里、做了什么的信息。“你可以很容易地将这些不同传感器的激活与荧光分子连接起来，这些分子在激活时会打开或改变颜色，”Blackiston 解释说。例如，当机器人游过蓝光时，它们可能会永久地从绿色变成红色。当它们在迷宫中穿过某些区域有蓝光时，它们会根据在迷宫中的选择而发出不同的颜色。研究人员可以在迷宫解谜过程中离开，仍然了解 Xenobot 是如何通过迷宫的。
例如，当它们感知到某些东西时，它们还可以释放一种改变水颜色的化合物。
这些传感器使 Xenobot 易于管理。理论上，科学家可以创建一个系统，让 Xenobot 被某种波长的光吸引。然后，他们可以将其照射到一个区域的水中以收集所有机器人。而那些溜走的机器人生命结束后仍然可以无害地分解。
Xenobot 模拟器
Blackiston 与西北大学和佛蒙特大学的合作者一起，正在使用他们构建的人工智能模拟器来设计不同类型的 Xenobots。“它看起来有点像《我的世界》，你可以在物理环境中模拟细胞，它们会像真实世界中的细胞一样表现，”他说。“红色的代表肌肉细胞，蓝色的代表皮肤细胞，绿色的代表其他细胞。你可以给计算机一个目标，比如：‘使用 5000 个细胞，为我构建一个 Xenobot，使其能够直线行走或捡起东西’，它会在超级计算机上尝试数亿种组合，然后返回给你它认为性能极佳的蓝图。”
他创建的大多数 Xenobots 都来自于这个人工智能生成的蓝图。他说，这大大加快了原本需要花费数千年才能完成的过程。而且它相当准确，尽管在玩模拟器和模拟真实世界的生物学之间存在一些来回的调整。
Blackiston 和他的同事使用的 Xenobots 并非基因改造。“当我们看到 Xenobots 进行运动学自我复制并制作自己的副本时，我们并没有对其进行编程。我们不必设计一个告诉细胞如何进行运动学自我复制的电路，”塔夫茨大学生物学教授 Michael Levin 说。“我们触发了它们学会这样做的机制，我们通过提供正确的刺激来利用细胞固有的解决问题能力。”
Xenobots 可以帮助我们做什么？
Xenobots 不仅仅是一团细胞粘在一起——它们像一个生态系统一样运作，可以作为探索新空间的工具，在某些情况下是字面意义上的，例如在水中寻找镉污染。
“我们将细胞塞进非自然配置中。有时可行，有时细胞不合作，”Blackiston 说。“我们对许多有趣的疾病模型有了了解。”
例如，使用一种 Xenobot 模型，他们能够研究肺细胞中的纤毛如何工作以将颗粒物推出气道或正确地 spread 粘液，并发现如果纤毛无法按预期工作，系统就会出现缺陷。
Levin 说，更深的应用是利用这些生物机器人来理解集体智能。这可能为再生医学领域带来突破性发现。
“例如，细胞并没有被硬编码来做这些特定的事情。它们可以适应变化并形成不同的配置，”他补充道。“一旦我们弄清楚细胞是如何一起决定它们将形成哪些结构的，我们就可以利用这些计算来构建新的器官、在受伤后进行再生、重新编程肿瘤——所有这些都来自于使用这些生物机器人来理解集体决策是如何工作的。”
