研究人员创造自我复制的活体机器人

2021-12-28 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:893 /
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佛蒙特大学的计算机科学家和机器人专家约书亚·邦加德教授和他来自塔夫茨大学和哈佛大学怀斯生物启发工程研究所的同事们& # 8212;2020年建造第一个活体机器人(异种机器人,由一种叫做非洲爪蟾的青蛙细胞组装而成)的同一个团队& # 8212;已经发现这些计算机设计和手工组装的生物......

佛蒙特大学的计算机科学家和机器人专家约书亚·邦加德教授和他来自塔夫茨大学和哈佛大学怀斯生物启发工程研究所的同事们& # 8212;2020年建造第一个活体机器人(异种机器人,由一种叫做非洲爪蟾的青蛙细胞组装而成)的同一个团队& # 8212;已经发现这些计算机设计和手工组装的生物可以游到它们的小盘子里,找到单细胞,将数百个细胞聚集在一起,并在它们Pac-Man形状的“嘴”里组装“婴儿”异种机器人。几天后,它们变成了新的异种机器人,看起来和移动起来都和它们一样;然后这些新的异种机器人可以出去,找到细胞,并建立自己的副本。

Kriegman et al. show that clusters of cells, if freed from a developing organism, can similarly find and combine loose cells into clusters that look and move like they do, and that this ability does not have to be specifically evolved or introduced by genetic manipulation. Image credit: Kriegman et al., doi: 10.1073/pnas.2112672118.Kriegman等人的研究表明,细胞簇如果从发育中的生物体中释放出来,可以类似地找到松散的细胞并将它们组合成看起来和移动起来都像它们一样的细胞簇,而且这种能力不一定是通过基因操作专门进化或引入的。影像学分:Kriegman等,doi:10.1073/PNAS . 21978 . 219999999916

“在非洲爪蟾身上,这些胚胎细胞会发育成皮肤。它们会坐在蝌蚪的外面,阻挡病原体并重新分配粘液,”塔夫茨大学艾伦发现中心主任迈克尔·莱文教授说。

“但我们把它们放在一个新颖的背景下。我们给了他们一个重新想象他们多细胞的机会。”

塔夫茨大学的高级科学家道格拉斯·布莱基斯顿博士补充说:“人们已经思考了很长时间,我们已经找到了生命能够繁殖或复制的所有方法。

“但这是以前从未观察到的。”

在他们早期的实验中,作者惊讶地发现异种机器人可以被设计成完成简单的任务。

现在他们震惊于这些生物物体会自发复制。

莱文教授说:“我们有完整的、未改变的青蛙基因组,但它没有暗示这些细胞可以在这项新任务中协同工作,即收集分离的细胞,然后将其压缩成可工作的自我拷贝。

“这些青蛙细胞的复制方式与青蛙完全不同。科学上已知的任何动物或植物都不会以这种方式复制,”塔弗艾伦中心和哈佛大学怀斯生物启发工程研究所的博士后研究员萨姆·克里格曼博士补充道。

由大约3000个细胞组成的异种机器人母体本身就形成了一个球体。

“这些可以制造孩子,但之后系统通常会消亡。实际上,很难让系统继续繁殖。但是随着一个人工智能程序在佛蒙特州高级计算核心的深绿超级计算机集群上工作,一种进化算法能够在模拟中测试数十亿个身体形状。三角形、正方形、金字塔、海星& # 8212;寻找那些能让细胞在新研究中报道的基于运动的‘运动复制’中更有效的细胞,”克里格曼博士说。

“我们请了一台超级计算机来计算如何调整最初父母的形状,经过几个月的努力,人工智能提出了一些奇怪的设计,包括一个类似Pac-Man的设计。”

运动复制在分子水平上是众所周知的& # 8212;但是以前从未在整个细胞或有机体的规模上观察过。

邦加德教授说:“我们发现,在生物体内,或者说生命系统中,存在着这个以前未知的空间,而且是一个巨大的空间。

“那我们如何去探索那个空间呢?我们发现了会走路的异种机器人。我们发现了会游泳的异种机器人。现在,在这项研究中,我们发现了可以运动复制的异种机器人。外面还有什么?”

研究人员认为这项研究有望促进再生医学的发展。

“如果我们知道如何告诉细胞集合去做我们想要它们做的事情,最终,那就是再生医学& # 8212;这是创伤性损伤、出生缺陷、癌症和衰老的解决方案,”莱文教授说。

“所有这些不同的问题都在这里,因为我们不知道如何预测和控制将建立什么样的细胞群。异种机器人是教我们的新平台。”

该团队的工作发表在《美国国家科学院院刊》上。

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Sam Kriegman等人,2021年。可重构生物的运动自我复制。PNAS 118(49):e 2112672118;doi:10.1073/PNAS . 21860 . 218686868616


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