先說第一項(xiàng)進(jìn)展，首個活體機(jī)器人誕生。
2020年1月13日，來自美國的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在頂級期刊《美國科學(xué)院院報》上，發(fā)表了人類首個“由細(xì)胞構(gòu)成的活體機(jī)器人”。它是一團(tuán)直徑大概0.7毫米，有兩條小粗腿的“肉球”。我在文稿里放了一張論文里的圖，你可以點(diǎn)開看看。
在兩條腿的驅(qū)動下，這個活體機(jī)器人可以在水中完成前進(jìn)、轉(zhuǎn)圈等動作。而且，它還有著很強(qiáng)的自我修復(fù)功能。當(dāng)研究人員通過剪刀把機(jī)器人幾乎剪成兩瓣之后，這團(tuán)“肉球”，竟然神奇地慢慢自我愈合，并且在水中繼續(xù)活動。
要知道，傳統(tǒng)觀念里，生命和機(jī)械之間有著明確的邊界，你絕對不會把路上飛奔的汽車和鴕鳥歸成一類。
但這個小“肉球”，既可以說是一種人為設(shè)計、能完成一定功能的機(jī)械裝置，也可以說它是一種地球上從未出現(xiàn)過的生命形式。所以，著名的《連線》雜志甚至用“毛骨悚然”這個詞來形容這項(xiàng)研究。
不過，如果僅僅停留在引發(fā)人們的驚慌，你就太小看這項(xiàng)研究背后的意義了。用一句話來說：這種全新機(jī)器人門類，是基于新的材料、在新的設(shè)計理念之上誕生的，背后蘊(yùn)藏著非常巨大的想象空間。
接下來我詳細(xì)說說。
先看第一個突破，新的材料。
以前的機(jī)器人都是由金屬、塑料等無機(jī)物組成的，這次是研究人員第一次將生命體最基礎(chǔ)的單元——細(xì)胞，作為搭建機(jī)械結(jié)構(gòu)的原材料。可以說，這是一個非常創(chuàng)新的舉動。
這個創(chuàng)新其實(shí)來源于一個重要的思想脈絡(luò)——仿生設(shè)計學(xué)。
在仿生設(shè)計學(xué)的觀念里，大自然才是完美的工程設(shè)計師，經(jīng)過上億年的進(jìn)化留存到今天的生命體，是完美的工程杰作。人類目前最頂尖的機(jī)械設(shè)計，不管是能量的使用效率、復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性，或者自我修復(fù)能力，都沒辦法和自然生命體相比。
所以，工程師們就設(shè)想，能不能把生命體最基礎(chǔ)的單元——也就是細(xì)胞本身，作為搭建機(jī)械結(jié)構(gòu)的原材料呢？——這就是這項(xiàng)研究的第一個突破。
研究人員很巧妙地使用了青蛙的心臟細(xì)胞和皮膚細(xì)胞，作為搭建機(jī)器人的材料。心臟細(xì)胞類似發(fā)動機(jī)，能不斷地伸縮產(chǎn)生動力；而皮膚細(xì)胞類似結(jié)構(gòu)框架，用來附著和固定這些動力細(xì)胞。動力和框架在一起，就能搭建出具備一定運(yùn)動能力的“活體機(jī)械”。
這個設(shè)想當(dāng)然好，但是沒有任何一個理論告訴研究人員應(yīng)該怎么用細(xì)胞搭建一個有特定功能的結(jié)構(gòu)。
這就涉及到了這項(xiàng)研究的第二個突破，全新的設(shè)計理念。
為了把細(xì)胞搭建起來，研究人員使用了“進(jìn)化算法”來設(shè)計活體機(jī)器人，我簡單介紹一下。
研究人員用上面兩種細(xì)胞，先隨機(jī)設(shè)計了幾個搭建方案，然后在一臺超級計算機(jī)上開始模擬配對和篩選過程。先讓幾個初始方案之間相互“配對產(chǎn)生后代”，再在新產(chǎn)生的后代里，篩選出運(yùn)動性能最好的繼續(xù)配對。
重復(fù)100多次“配對”和“篩選”后，就逐漸進(jìn)化出了運(yùn)動性能比較好的方案——也就是我們最初看到的那個小“肉球”。
這一整個設(shè)計過程，雖然是計算機(jī)全程模擬，但是很像自然界里物種進(jìn)化的過程。所以被叫做“進(jìn)化算法”。
這種設(shè)計理念最具價值的地方，在于它的可擴(kuò)展性。也就是說，未來的研究者能利用同樣的方法，設(shè)計出各種不同功能的活體機(jī)器人來。
比如說，使用的細(xì)胞種類增加為三種，只需要在模擬過程里增加一個基礎(chǔ)單元。如果設(shè)計的目標(biāo)不是運(yùn)動性能最優(yōu)，而是其他功能，只需要替換進(jìn)化中的篩選機(jī)制。
運(yùn)用這種可擴(kuò)展的設(shè)計思路，就可以創(chuàng)造出一個新的機(jī)器人門類。這就是實(shí)驗(yàn)的第三個突破。
這種“活體機(jī)器人”，介于生物體和機(jī)器之間，跟自然環(huán)境甚至是人體內(nèi)環(huán)境的兼容性非常高，擺脫了電池技術(shù)的制約，應(yīng)用場景非常廣泛。比如，可以用細(xì)菌和藻類做材料，設(shè)計更高效的污水處理機(jī)器人?；蛘哂萌梭w細(xì)胞做材料，設(shè)計可以在血管中精確投放藥物的醫(yī)療機(jī)器人。
不過值得注意的是，雖然前景很光明，但這項(xiàng)技術(shù)由于游走在機(jī)械和生命的交叉地帶，不可避免地將會遇到一些倫理問題。比如剛剛提到的醫(yī)療機(jī)器人，為了避免排異反應(yīng)，很可能需要使用患者本人的細(xì)胞作為生產(chǎn)原料。這在倫理上會遇到一些復(fù)雜的障礙。
總而言之，全新機(jī)器人門類，背后蘊(yùn)藏著非常巨大的可能性和發(fā)展?jié)摿Α；铙w機(jī)器人技術(shù)，非常值得你繼續(xù)關(guān)注。
