生命无限可能：活细胞在变身机器人中的神奇演化

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生命无限可能：活细胞在变身机器人中的神奇演化

提到机器人，你会想到什么呢?金属的骨架，外面包塑料，行动受芯片控制，由电池提供动力……你能想到的，差不多就是这样吧。

不过，假如机器人既不是用塑料或金属做的，也没有芯片控制或电池驱动，而完完全全是用活细胞制造出来的，你会怎么想?没错，当我这样说的时候，这种机器人事实上已经被制造出来了。

你的最大疑问想必是“凭什么说它们是机器人?”

我现在就来消除你的疑问。

首先，它们能够自行移动，譬如说能在平面上行走，或者在水里游泳，或者执行一定的功能，比如说扫地。

其次，它们虽然是由活细胞组成的，但你又不能说是生物，因为它们的运动没有大脑或基因控制，完全取决于其物理外形。就其行为的复杂性而言，甚至比病毒还简单。

如此一来，似乎没有比“活体机器人”更适合称呼它们了。

活体机器人诞生记

活体机器人是由生物学家和计算机科学家合作制造出来的。

生物学家从非洲爪蛙的胚胎中收集干细胞，并使其分化为心肌细胞和皮肤细胞两种类型。他们使用显微镜将两类细胞按照特定设计拼接在一起，继而通过细胞间的交流，这些细胞自发地粘在一起。它们有的像楔子，有的像拱门，有的像甜甜圈……其中，皮肤细胞提供刚性支撑，心肌细胞作为小型马达，通过收缩和膨胀来推动它们前进。

在对活体机器人的身体形状以及两类细胞的分布对其行为的影响有了充分了解之后，生物学家就把数据发送给计算机科学家。计算机科学家为其建立一个数字的模拟环境。在电脑中，他们用三维方块代表一个细胞。当它代表皮肤细胞时，方块的体积固定不变;当它代表心肌细胞时，方块的体积会有节奏地收缩、膨胀，模拟心肌细胞的运动。随后，他们随机生成由500到1000个皮肤细胞和心肌细胞组成的配置，由于每个心肌细胞在不同的位置上发挥的作用是不一样的，所以随机配置的活体机器人的动作也是无法预知的。为此科学家在电脑中测试不同配置的活体机器人的行为。请检查不同的配置，以找出哪种能使行走机器人实现最远的行程，并确定最佳配置。根据这个模型，生物学家创建了全新的活体机器人，并在实际环境中对其进行性能测试。

形态各异的活体机器人

不过，虽然名为机器人，活体机器人事实上都非常小。这个直径不到一毫米的活体机器人由2000个细胞构成，只有当你眯起眼睛时，才能察觉到它的移动。在显微镜下，它们是各种形状的肉球，不停地做着各种动作：有的像桌子一样蹒跚走动;有的在不停地转圈;有的像在扫地，当你把零碎的细胞扔在培养皿上，活体机器人会把它们赶成一堆;其中最成功的一个靠两条粗壮的“腿”推动着细胞前进;另一个中间有一个洞，研究人员把它变成了一只袋子，这样它就可以搬运东西。无论你把它们中的哪一个倒过来，它都会像一只翻倒的乌龟一样无法起身，在那里不停扭动。

每个活体机器人的寿命大致为一周，其能量来源于通常在细胞内储存的卵黄作为胚胎发育的能源。因为构成它们的是活细胞，所以若出现伤口，它们还能自我修复。但不管怎么说，它们在短暂的生命中所做的事情，不是由DNA决定的，也没有大脑控制，完全取决于它们的物理形状以及两类细胞的分布情况。譬如它们要移动，那么可想而知，它们的底部分布着更多的心肌细胞，因为心肌细胞能运动，而皮肤细胞则不能。

右侧图示一只可直线行走的活体机器人，而左侧则是该机器人的电脑模型，即按照该模型进行了制造。模型中绿方块代表皮肤细胞，底部红方块代表心肌细胞。

活体机器人的用途

这么小的活体机器人能有什么用途呢?

目前，活体机器人主要被用作一种科学工具，以了解细胞是如何一起工作以形成复杂的结构和功能的。

然而，鉴于成群结队的活体机器人倾向于一起工作，将盘子里的微小颗粒推到中央堆放，有人推测，未来活体机器人可以在海洋中做同样的事情：寻找并将微塑料颗粒聚集成一个大的塑料球，然后由船只或无人机回收。活体机器人与传统技术不同，它们由纯活细胞构成，可自然分解，从而避免了额外的污染。

未来在临床应用中，活体机器人可以充当微型外科医生，用于修复受损细胞，刮除动脉中的斑块，定位和清除有毒物质。此外，它们还可以用来有针对性地输送药物。

当前的活体机器人都是通过生物学家依据计算机模型，逐个细胞地组装而成的。下一步他们将考虑用3D打印机来制造。这样，它们就可以批量生产了。

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