生命體和機器人的界限在哪里？
自人工智能興起以來，這一問題就反復(fù)被輿論追問。如今，美國佛蒙特大學(xué)和塔弗茨大學(xué)團隊的一項研究成果使得上述問題的答案更加模糊了。1月14日，全球頂級期刊《美國科學(xué)院院報》(PNAS)發(fā)表論文，稱打造了用發(fā)育中的非洲爪蟾心肌細胞和表皮細胞重組而成的機器人Xenobots。這也是有史以來首個可編程活體機器人。
論文中明確寫道：“在細胞水平之上，它們與現(xiàn)有器官或生物體幾乎沒有相似之處?！?/p>
論文通訊作者約書亞·邦加（Joshua Bongard）則表示：“它們既不是傳統(tǒng)的機器人，也不是已知的動物物種。這是一種活的、可編程的有機體?！?/p>
這一驚人發(fā)明是怎樣被實現(xiàn)的？它又將給人類帶來什么？
會移動、能運輸，還會自我修復(fù)
Xenobots是一種長度不到1毫米的活體機器人，是非洲爪蛙心臟細胞（收縮細胞）和表皮細胞（被動細胞）的結(jié)合。
圖中，綠色的部分由被動細胞組成，紅綠交接的部分則由主動細胞組成。通過心臟細胞的收縮，Xenobots能夠表現(xiàn)出四種不同的行為，即運動、物體操縱、物體運輸和集體行為。
具體來說，Xenobots能夠自行游動，并在數(shù)天或數(shù)周的時間內(nèi)探索含水環(huán)境，而無需額外的營養(yǎng)。
有的機器人還能操縱物體。它們自發(fā)地將物體推向特定的方向。研究者認為，此特性或能用于清理海洋中的微塑料污染。
集體行為
物體操縱
此外，有的活體機器人能夠在自身內(nèi)部形成小洞，用于攜帶物體。這項能力被認為可以用于智能藥物輸送。
物體運輸
神奇的是，機器人還具備自我修復(fù)的能力。當(dāng)把它從中切開，它將自己重新“縫合”了起來，隨即繼續(xù)如?；顒印?/p>
論文中這樣寫道：“大多數(shù)技術(shù)由鋼、混凝土、化學(xué)藥品和塑料制成，它們會隨著時間的流逝而降解，并可能產(chǎn)生有害的生態(tài)和健康副作用。因此，使用自我更新和生物相容性材料構(gòu)建技術(shù)將是有用的，其中理想的候選者是生命系統(tǒng)本身?！?/p>
實際上，鋼鐵等材料制成的機器人不僅是無法降解，也無法具備如此強大的自愈能力。與現(xiàn)有的微型機器人相比，一個從頭開始設(shè)計的生命系統(tǒng)能夠通過與生俱來的抵抗熵增的能力，使自身壽命遠遠超過靜態(tài)技術(shù)的使用壽命。
Xenobot是怎樣被制造出來的？
據(jù)悉，Xenobot由佛蒙特大學(xué)的超級計算機集群Deep Green設(shè)計而出。Deep Green具有20000臺筆記本電腦的算力，設(shè)計方式則類似于自然選擇。研究人員在Deep Green上設(shè)計出了一種進化算法。
首先，設(shè)定機器人的行為目標(biāo)（例如，最大化位移），并確定結(jié)構(gòu)構(gòu)造塊（即紅色的收縮細胞核綠色的被動細胞）。將上述信息提供給進化算法后，算法將自動演化出最初的隨機種群。計算機“像使用樂高積木一樣，使用構(gòu)造塊來構(gòu)建不同的生物解剖結(jié)構(gòu)”。
接下來，算法從不同的隨機種群開始重新運行99次，并找出表現(xiàn)最佳的設(shè)計。不同的性能要求將產(chǎn)生不同的結(jié)果。
然后，算法在基于物理的虛擬環(huán)境中對每個設(shè)計進行仿真，并自動分配性能得分。性能較低的設(shè)計將被刪除，并被性能較高的設(shè)計的隨機修改副本覆蓋。重復(fù)此過程將產(chǎn)生性能多樣的設(shè)計群體。
成功通過過濾器的設(shè)計將運用活組織構(gòu)建出來。研究人員先是從囊胚階段非洲爪蟾胚胎中獲得多能干細胞，再將細胞切開。待培養(yǎng)至數(shù)量足夠，再將二者重建。
獲得細胞
將細胞切開
培養(yǎng)細胞
將二者重建
運用顯微外科手術(shù)鉗和13-μm線尖電灼電極，塑造出Deep Green所設(shè)計出的生物體
此外，還可以通過采集和包埋非洲爪蟾心臟祖細胞來將收縮組織分層到生物體中。
這項研究成果由兩大團隊共同完成，佛蒙特大學(xué)計算機科學(xué)系教授約書亞·邦加的團隊主導(dǎo)了研究工作。其中，論文一作是佛蒙特大學(xué)博士山姆·克里格曼，通訊作者是佛蒙特大學(xué)計算機科學(xué)系教授、形態(tài)演化與認知實驗室負責(zé)人約書亞·邦加，完成組裝機器人的則是塔夫茨大學(xué)生物系教授邁克爾·萊文團隊。
研究人員：AI不太可能有意設(shè)計出有害的生物
研究發(fā)表后，輿論一片嘩然。人們對這種機器人充滿了擔(dān)憂：該怎樣定義它們？生物和人造物的界限在哪里？它們會不會出現(xiàn)人類無法掌控的進化？未來會不會有人利用這項技術(shù)，設(shè)計出對人類造成危害的機器人？AI又會不會自行設(shè)計出有害的生物？
對此，研究者一一給出了回應(yīng)。
論文一作山姆·克里格曼承認，如人們所擔(dān)憂的，這類機器人的未來變體可能具有神經(jīng)系統(tǒng)和認知能力。但他也認為：“這項研究是公開的，社會可以對其進行討論，政策制定者也能有針對性地制定最佳行動方案?！?/p>
不過，至少在此次研究出的機器人的整個生命過程中，沒有出現(xiàn)進化。它們沒有生殖器官，在7天后就降解失效了。但是，活生物體是無時無刻不在進化的。研究人員認為，“應(yīng)對這一事實的最好方法是多了解、多學(xué)習(xí)?！?/p>
定義方面，論文的另一位作者，塔夫茨大學(xué)教授邁克爾·萊文指出：“我們一直在用活體機器人構(gòu)建細胞，從基因上講，它們是青蛙。我們用的是100%的青蛙DNA，但這些機器人并不是青蛙。這些青蛙細胞可以被打造成有趣的新的生物形式，與它們的原有解剖結(jié)構(gòu)完全不同。”他還承認，人們對未知不良后果的擔(dān)心并非不合理，但“如果人類要考慮未來的生存，就需要更充分地了解，簡單規(guī)則是如何形成復(fù)雜的特征的?！倍私鈴?fù)雜規(guī)則的第一步就是探索。這項工作正是在幫助人們更好地理解這類系統(tǒng)。
對于人們對有害生物的恐懼，研究人員表示：“AI不太可能有意設(shè)計出有害的生物，但是在設(shè)計中可能無意間產(chǎn)生有害的副作用。因此，我們認為，所有計算機設(shè)計的技術(shù)（包括生物）都需要經(jīng)過人工驗證，然后才能進入創(chuàng)建環(huán)節(jié)，更不用說實際應(yīng)用了。此外，對此類技術(shù)的監(jiān)管是政策領(lǐng)域下一步要解決的重要問題?？偟目磥恚c目前在病毒學(xué)、細菌學(xué)和基因編輯領(lǐng)域所做研究的相比，這種設(shè)計潛在危害性非常小?！?/p>
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