青蛙机器人的探索之旅
移动之谜：青蛙细胞的神奇舞蹈
当提及机器人，我们往往想到冰冷的金属与硅芯片，却很少想到由活细胞构成的微型机器。一个由生物学家和计算机科学家组成的研究团队，用青蛙细胞创造了一种名为“Xenobots”的新型生物机器人。这些微型机器人不仅能四处移动，还能推动重物，甚至能做出群体行为。新一代Xenobots更是通过单细胞自动组装成身体，无需借助肌肉细胞就能移动，甚至展示出了可存储记忆的能力。它们移动速度更快，可以在不同环境中移动，且具有更长的使用寿命。这些成果发表在Science Robotics杂志上，标志着生物机器人技术迈出了重要一步。未来我们身边的机器人会是什么样子？
细胞的艺术：从青蛙到机器人的蜕变
新一代Xenobots采用了一种“自下而上”的方法，提取的青蛙干细胞自我组装并生长成球状体。一些球状体中的细胞会在几天后分化产生纤毛状的微小毛发突起，这些突起可以来回移动或者以特定的方式旋转。尽管这些青蛙具有完全正常的基因组，但我们用它们的细胞构建了一个与默认状态截然不同的新“身体”。这种细胞还可以重新利用它们的遗传编码硬件来实现新的功能，比如利用纤毛实现运动。更令人惊讶的是，它们不仅可以自发地承担新的角色，还可以创造新的身体行为，而不需要对这些特征进行长时间的进化选择。这种从自然到人工的转化，难道不是一种美妙的科学奇迹吗？
智能的探索：环境中的生存智慧
为了测试单个Xenobots在不同环境中移动的能力，研究人员构建了不同的实验环境。从完全开放的领域到内径为580nm的受限毛细管，Xenobots都展现出了惊人的适应能力。在所有情况下，除了一些Xenobots在狭窄的通道中受到了挑战，它们都能够在空间中移动。在某些特定环境下，Xenobots可能会出现相反的移动方向。这种现象的原因在于，细胞内和组织范围的极性是在Xenobots创造的自组装阶段通过细胞重排建立的，不能在短时间尺度上作出改变。因此，研究中观察到的快速变化可能是由于纤毛的实时控制，如单个多纤毛细胞的搏动频率的变化，而不是结构极性的变化。这种智能的探索行为，难道不是大自然赋予生物的神奇能力吗？
集体的力量：协作与
研究人员还通过对不同形状的Xenobots进行建模，来确定它们在单独或“组队”时是否会表现出不同的行为。他们使用UVM先进计算核心Deep Green超级计算机集群，在数十万个随机环境条件下使用进化算法进行仿真计算。这些计算被用来识别最有可能成群结队地在粒子场中收集大量碎片的Xenobots。事实证明，新一代Xenobots在垃圾收集等任务上比上一代模型更快、更好，它们可以成群结队地清扫培养皿，收集更大的氧化铁微粒。Xenobots还可以覆盖较大的平坦表面，或在狭窄的毛细血管中移动。这些研究还表明，在未来，计算机模拟可以生物机器人的附加功能，以适应更复杂的行为。这种集体的力量，难道不是未来社会协作的缩影吗？
记忆与修复：生命的韧性
机器人技术的核心特征是可以记录信息并使用这些信息来修改机器人的行动和行为。为了证实Xenobots是否具有这一功能，研究人员设计了一种具有读写功能的Xenobots，他们使用EosFP的荧光报告蛋白来记录这些信息。这种蛋白通常会发出绿色的光，然而当暴露在390nm波长的光下时，这种蛋白质却可以发出红色的光。研究人员在青蛙胚胎的细胞中注射了编码EosFP蛋白的信使RNA，通过这些干细胞制造的Xenobots就具备了内置的荧光开关，从而可以记录在390nm左右的光曝光。为了测试Xenobots的记忆功能，研究人员让10个Xenobots在一个表面上移动，这个表面上有一个点被390nm光束照亮。两个小时后，他们发现有三个机器人发出了红光，其余的则保持原来的绿色，有效记录了机器人的“旅行经历”。新一代Xenobots还非常擅长“愈合”它们的伤口，可以在受伤5分钟之内使严重全长撕裂伤愈合一半的厚度。实验中，所有受伤的机器人最终都治愈了它们的伤口，恢复了它们原有的形状，并像以前一样继续工作。这种记忆与修复的能力，难道不是生命最神奇的特质吗？
未来展望：生物机器人的无限可能
生物机器人的一个优势是新陈代谢。与金属和塑料机器人不同，生物机器人中的细胞可以吸收和分解化学物质，并像合成和排出蛋白质等小工厂一样工作。合成生物学的整个领域之前主要集中在对单细胞生物进行重新编程以产生有用的分子，如今则可以在这些多细胞生物中加以利用。与上一代一样，升级后的Xenobot机器人可以在胚胎时期的能量存储库中存活长达10天，并且在没有额外能源的情况下运行任务。但是，如果将它们保存在营养“汤”中，它们也可以全速运行好几个月。未来，这种分子记忆原理的证明可以被扩展到探测和记录光、放射性污染、化学污染物、药物以及疾病。记忆功能的进一步设计可以实现记录多个刺激，允许机器人在刺激时释放化合物，或者根据对刺激的感觉改变行为。当我们为机器人赋予更多功能时，我们可以利用计算机模拟来设计出具有更复杂的行为和执行更多复杂任务的能力。我们不仅可以报告其环境中的状况，还可以修改和修复其环境中的状况。更令人意外的是，新一代Xenobots还非常擅长“愈合”它们的伤口，可以在受伤5分钟之内使严重全长撕裂伤愈合一半的厚度。实验中，所有受伤的机器人最终都治愈了它们的伤口，恢复了它们原有的形状，并像以前一样继续工作。这种生物机器人的未来，难道不是充满了无限可能吗？
参考资料
1. 自我修复、自行穿梭，还能扮演「清洁」打工人！科学家用青蛙干细胞造出了新型多功能生物机器人-手机新浪网
2. 全球首个活体机器人诞生诞生：100%青蛙基因_百度知道
3. 全球首个用青蛙细胞制造“活体机器人”诞生，遭破坏时可自愈！药物递送领域大有可为｜独家专访_百度知道