目前,科學家已經成功制造出由活的動物細胞制成的機器人,這跟我們印象中的由金屬與塑料構成的傳統機器人有所不同,這種“生化機器人”以前還只是在電影、遊戲、科幻小說中出現過。
近日,美國的研究人員利用非洲爪蟾的皮膚和心髒細胞制造出了能夠自行移動的機器人,創造出了世界上第一台活著的機器。
其中一個最成功的樣本有兩條粗腿推動它在“胸前”前進。另一個在中間有一個洞,研究人員把它變成了一個袋子,這樣它就可以和微型有效載荷一起擺動。
“這些都是全新的生命形式。“他們從來沒有在地球上存在過,”馬薩諸塞州梅德福州塔夫斯大學艾倫發現中心主任邁克爾萊文說。“它們是活的、可編程的有機體。”
邁克爾萊文(Michael Levin)是美國塔夫茨大學的生物系教授,他是Vannevar Bush公益機構的主席,並擔任塔夫茨再生和發育生物學中心主任。最近的榮譽包括視覺科學家獎和傑出學者獎。他負責的研究小組工作重點是了解在複雜的模式調節過程中執行決策的生物物理學機制,並利用內源性生物電動力學來合理控制生長和形態。
萊文團隊創造的這些機器人的長度不到1毫米,是由運行在超級計算機上的“進化算法”設計的。程序首先生成500到1000個皮膚和心髒細胞的隨機三維結構。然後在一個虛擬環境中測試每個設計,例如,觀察當心髒細胞設置爲跳動時,它移動的距離。測試結果最好的樣本被用來産生更多的設計。
因爲心髒細胞會自發收縮和放松,它們的行爲就像微型引擎,驅動機器人前進,直到它們的能量儲備耗盡。電池裏有足夠的燃料,機器人可以在“死亡”前存活一周到十天。
科學家們等待計算機制造出100代樣本,然後在實驗室裏挑選了一些設計方案。他們用鑷子和燒灼工具雕刻從非洲爪蟾胚胎(非洲爪蟾)上刮下來的早期皮膚和心髒細胞。細胞的來源使科學家們稱他們的創造物爲“異種機器人”。
萊文說:“(創造它們的)目的是了解生命的載體。”
“如果你考慮出生缺陷、癌症、與年齡有關的疾病,如果我們知道如何制造生物結構,最終控制生長和形態,所有這些問題都可以解決。”
機器人學家傾向于金屬和塑料的強度和耐用性,但萊文和他的同事們看到了利用生物組織制造機器人的好處。當受損時,活著的機器人可以治愈傷口,一旦他們的任務完成,他們就會崩潰,就像自然有機體死亡時會腐爛一樣。
研究人員在《美國國家科學院院刊》上撰文,描述了他們如何將機器人放在盛滿水的盤子裏,以保持青蛙細胞的存活。一些人沿著直線爬行,而另一些人則在他們走動時繞圈子或與其他人合作。
萊文說:“這些規模非常小,但最終的計劃是使其規模化。” 異種機器人可能是由血管、神經系統和感覺細胞組成,以形成基本的眼睛。通過用哺乳動物細胞建造它們,它們可以生活在幹燥的土地上。
佛蒙特大學(University of Vermont)團隊的博士生山姆克裏格曼(Sam Kriegman)承認,這項研究提出了倫理問題,特別是考慮到未來的變種可能具有神經系統,並被選爲認知能力,使它們成爲世界上與生俱來的一部分。“對我來說重要的是,這是公開的,因此我們可以作爲一個社會進行討論,決策者可以決定什麽是最好的行動方案。”
科學家們說,它們獨特的特點意味著機器人的未來版本可以被用來清理海洋中的微汙染,定位和消化有毒物質,在體內輸送藥物,或者從動脈壁上清除斑塊。
雖然這項研究的潛在科學和醫學效益是顯而易見的,但一些科學家提出了與基本上是新生命形式的生物一起工作的倫理問題。
“他們在什麽時候會變成有利益而需要保護的物體呢?”牛津大學實踐倫理中心的托馬斯·道格拉斯说。
“我認爲,只有將神經組織包括在內,使人們能夠進行某種精神生活,例如體驗痛苦的能力,他們才能獲得道德意義。”
“但有些人在道德地位方面更爲自由。他們認爲所有的生物都有興趣,應該在道德上加以考慮。對這些人來說,這些生化機器人究竟應該被歸類爲生物還是機器,可能會出現一些棘手的問題。”