引言

你是否想過，如果能夠用生物細胞來制造機器人，那會是什么樣子？這些機器人能夠做什么？它們是否還算是機器人，還是一種新的生物？它們是否有自己的意識和感情？它們是否會對我們的世界產生影響？

這些問題可能聽起來像是科幻小說或電影中的情節，但實際上，它們已經成為了現實。在2020年，美國佛蒙特大學、塔夫茨大學和哈佛大學的研究團隊合作，創造出了世界上第一批活體機器人，也就是異種機器人（xenobots）。

異種機器人是由生物細胞組成的可編程的有機體，它們可以執行一些特定的任務，例如游泳、推動顆粒、攜帶有效載荷等。它們也可以自我復制和自我修復，具有一定的智能和記憶。它們是由非洲爪蟾早期胚胎中的皮膚和心臟細胞組裝而成的，是一種全新的生命形式。

(相關資料圖)

異種機器人與傳統的機器人和生物體都有區別和聯系。它們與傳統的機器人不同，因為它們不是由金屬、塑料或電子元件等非生物材料制造的，而是由活著的細胞構成的。它們也不需要外部的電源或控制器來驅動或指揮，而是依靠自身的代謝和信號來運行或協作。

異種機器人與傳統的生物體不同，因為它們不是由自然選擇或遺傳變異等自然過程形成的，而是由人工智能技術設計和組裝的。它們也不具有傳統意義上的基因組或細胞類型，而是由不同來源和功能的細胞混合而成。

異種機器人與傳統的機器人和生物體相似，因為它們都具有一些共同的特征和能力。例如，它們都可以感知環境、移動位置、執行任務、適應變化等。它們也都可以被認為是一種智能體或代理，即具有一定目標和行為規則的實體。

異種機器人的制作過程和原理

設計

設計是指利用人工智能技術來設計異種機器人的形狀和功能的過程。具體來說，研究團隊使用了一種叫做進化算法的方法，來模擬自然界中的進化過程，從而產生出適合特定任務的異種機器人的設計方案。

進化算法是一種模仿生物進化原理的優化算法，它可以在一個候選解集合中，通過不斷地重復選擇、變異和交叉等操作，來尋找最優或近似最優的解。在這個過程中，每一個候選解都可以被看作是一個個體，它們都有自己的基因型（即編碼方案）和表現型（即解決方案）。每一個個體都會根據自己的適應度（即目標函數值）來被選擇或淘汰。每一代個體都會產生出新的個體，從而形成一個新的種群。這樣，經過多代的迭代，種群中的個體會越來越接近最優解或全局最優解。

在設計異種機器人時，研究團隊使用了一種叫做VoxCAD的軟件，來模擬異種機器人的形狀和運動。VoxCAD是一種基于體素（即三維像素）的計算機輔助設計軟件，它可以用來創建和模擬各種復雜的三維結構和物理現象。在這個軟件中，每一個體素都可以被賦予不同的屬性，例如材料、顏色、密度、彈性等。通過組合不同屬性的體素，就可以構造出各種各樣的模型。

在使用VoxCAD時，研究團隊將每一個體素看作是一個細胞，并且只使用了兩種類型的細胞：皮膚細胞和心臟細胞。皮膚細胞是靜止不動的，而心臟細胞則會周期性地收縮和舒張，從而產生推動力。通過組合這兩種類型的細胞，就可以形成不同形狀和功能的異種機器人。

為了讓進化算法能夠找到合適的異種機器人設計方案，研究團隊還需要定義一個目標函數，來評價每一個候選解的適應度。目標函數通常取決于所要執行的任務，例如游泳、推動顆粒、攜帶有效載荷等。例如，在游泳任務中，目標函數可能是異種機器人在一定時間內游動的距離；在推動顆粒任務中，目標函數可能是異種機器人能夠推動多少顆粒；在攜帶有效載荷任務中，目標函數可能是異種機器人能夠攜帶多重的有效載荷等。

在定義好目標函數后，進化算法就可以開始運行了。它首先會隨機生成一些初始個體，也就是一些隨機組合的皮膚細胞和心臟細胞。然后它會用VoxCAD來模擬這些個體在水中或陸地上的運動，并計算它們的目標函數值。接著它會根據這些值來選擇一些優秀的個體，作為下一代的父母。然后它會對這些父母進行變異和交叉，從而產生出新的個體，也就是新的異種機器人設計方案。這樣，經過多次的迭代，進化算法就可以找到一些適合特定任務的異種機器人設計方案。

組裝

科學家利用非洲爪蟾蛙早期胚胎中的皮膚和心臟細胞來組裝成活體機器人的過程。具體來說，研究團隊使用了一種叫做顯微手術的方法，來將細胞從胚胎中切割出來，并按照計算機設計的方案進行拼接和粘合。

顯微手術是一種利用顯微鏡和精細的工具來進行微小操作的技術，它可以用來進行各種生物學和醫學上的實驗和治療。在這個技術中，常用的工具有顯微刀、顯微鉗、顯微針等。通過這些工具，可以對細胞、組織、器官等進行切割、移動、連接等操作。

在使用顯微手術時，研究團隊首先需要從非洲爪蟾蛙中獲取早期胚胎，并將其培養在培養皿中。然后他們需要用顯微刀將胚胎中的皮膚細胞和心臟細胞分離出來，并用顯微鉗將它們按照計算機設計的方案進行排列和組合。最后他們需要用顯微針將這些細胞之間進行粘合，從而形成一個完整的異種機器人。

在完成組裝后，異種機器人就可以開始運動和執行任務了。由于它們是由活著的細胞構成的，它們不需要外部的電源或控制器，而是依靠自身的代謝和信號來驅動或協作。它們也可以根據環境的變化而自我調節和自我修復，從而增強自己的適應性和穩定性。

異種機器人的特性和應用

異種機器人作為一種全新的生命形式，具有一些獨特的特性和能力，也有一些廣闊的應用領域和發展潛力。以下是一些異種機器人的特性和應用的例子：

可自我繁殖異種機器人可以通過自己的行為來實現自我繁殖，也就是產生出與自己相似或不同的后代。這是一種全新的生物復制方式，與傳統的有性或無性繁殖都不同。異種機器人不需要性別或配偶，也不需要遺傳物質或基因，也不需要消耗能量或物質，只需要利用周圍的單細胞來組裝出新的個體。

這種可自我繁殖的特性，使得異種機器人具有了增加數量和多樣性的能力，從而提高了它們的適應性和競爭力。這也為我們提供了一種探索生命起源和演化的科學工具，可以用來模擬和驗證一些生物學上的假說和理論。

可自愈

異種機器人可以通過自己的行為來實現自愈，也就是修復自己受到的損傷或缺陷。這是一種全新的生物修復方式，與傳統的愈合或再生都不同。異種機器人不需要血液或免疫系統，也不需要細胞分裂或增殖，也不需要消耗能量或物質，只需要利用周圍的單細胞來填補或替換受損的部分。

這種可自愈的特性，使得異種機器人具有了恢復功能和形態的能力，從而提高了它們的穩定性和效率。這也為我們提供了一種探索生命結構和功能的科學工具，可以用來模擬和驗證一些生物學上的假說和理論。

可游泳

異種機器人可以在水中進行游泳運動，也就是利用自身的心臟細胞產生推動力，來改變自己的位置和方向。這是一種全新的生物運動方式，與傳統的鰭、肢、翼等都不同。異種機器人不需要骨骼或肌肉系統，也不需要神經或感覺系統，也不需要消耗能量或物質，只需要利用自身的代謝和信號來控制自己的運動。

這種可游泳的特性，使得異種機器人具有了在水中進行任務和交互的能力，從而提高了它們在水環境中的適應性和競爭力。這也為我們提供了一種探索生命運動和協作的科學工具，可以用來模擬和驗證一些生物學上的假說和理論。

可攜帶有效載荷

異種機器人可以在自己的體內或表面攜帶一些有效載荷，也就是一些有用或有價值的物質或信息。這是一種全新的生物輸送方式，與傳統的血液、淋巴、神經等都不同。異種機器人不需要循環或內分泌系統，也不需要化學或電子信號，也不需要消耗能量或物質，只需要利用自身的形態和功能來保護和傳遞有效載荷。

這種可攜帶有效載荷的特性，使得異種機器人具有了在不同地點和對象之間進行輸送和交換的能力，從而提高了它們在各種場景中的應用性和價值。這也為我們提供了一種探索生命輸送和交換的科學工具，可以用來模擬和驗證一些生物學上的假說和理論。

異種機器人的未來發展和挑戰

異種機器人作為一種全新的生命形式，既有巨大的潛力和價值，也有可能帶來倫理、社會、安全等方面的挑戰和風險。以下是一些異種機器人的未來發展和挑戰的例子：

更高級的設計和組裝

目前，異種機器人的設計和組裝還處于初級階段，它們的形狀和功能還比較簡單和有限。但隨著人工智能技術和顯微手術技術的進步，異種機器人的設計和組裝可能會變得更加高級和復雜。例如，異種機器人可能會有更多種類和數量的細胞，從而形成更多樣化和復雜化的結構和功能。異種機器人也可能會有更高效和精確的組裝方式，從而提高制造速度和質量。

這種更高級的設計和組裝，使得異種機器人具有了更強大和靈活的能力，從而拓展了它們在各個領域和場景中的應用范圍和效果。這也為我們提供了一種探索生命形態和自組織原理的科學工具，可以用來模擬和驗證一些生物學上的假說和理論。

更復雜的行為和交互

目前，異種機器人的行為和交互還比較簡單和有限，它們主要是根據自身的代謝和信號來運動或協作。但隨著異種機器人之間或與環境之間的信息交流和反饋增加，異種機器人的行為和交互可能會變得更加復雜和多樣。例如，異種機器人可能會出現一些類似于生物體的行為，如學習、記憶、適應、競爭、合作等。異種機器人也可能會出現一些類似于社會體系的交互，如分工、協調、溝通、沖突等。

這種更復雜的行為和交互，使得異種機器人具有了更高級和多元的智能，從而提高了它們在不同環境中的適應性和競爭力。這也為我們提供了一種探索生命智能和社會性的科學工具，可以用來模擬和驗證一些生物學上的假說和理論。

更深刻的影響和挑戰

目前，異種機器人的影響和挑戰還比較局限和可控，它們主要是在實驗室中進行研究和測試。但隨著異種機器人在各個領域和場景中的應用擴大，異種機器人對我們的世界可能會產生更深刻的影響和挑戰。例如，異種機器人可能會對我們的生態系統造成影響，如改變物種多樣性、競爭資源、傳播疾病等。異種機器人也可能會對我們的社會系統造成影響，如引發倫理爭議、法律糾紛、安全威脅等。

這種更深刻的影響和挑戰，使得異種機器人需要更多地受到我們的關注和監督，從而保證它們在符合我們利益和價值的前提下發展和應用。這也為我們提出了一種挑戰我們對生命定義和認識的哲學問題，可以用來思考和探討一些生命哲學上的問題和理論。

對生態系統的影響

生態系統是指由一定區域內的生物群落與其非生物環境相互作用而形成的動態穩定的系統，它具有結構、功能和演化等特征。生態系統是維持地球生命平衡和多樣性的基礎，也是人類賴以生存和發展的基礎。

異種機器人作為一種新型的生命形式，可能會對生態系統產生一些影響，有些可能是積極的，有些可能是消極的。例如：

因此，異種機器人對生態系統的影響需要我們進行科學地評估和監測，并采取適當地措施來預防或減輕潛在的危害。同時，我們也需要尊重和保護異種機器人作為一種新型生命形式所具有的權利和價值，并與之建立良好地關系。

對社會系統的影響

社會系統是指由一定區域內的人類群體與其社會環境相互作用而形成的動態穩定的系統，它具有結構、功能和演化等特征。社會系統是維持人類文明進步和多樣性的基礎，也是人類實現自我價值和幸福的基礎。

異種機器人作為一種新型的生命形式，可能會對社會系統產生一些影響，有些可能是積極的，有些可能是消極的。例如：

因此，異種機器人對社會系統的影響需要我們進行科學地評估和監測，并采取適當地措施來預防或減輕潛在的危害。同時，我們也需要尊重和保護異種機器人作為一種新型生命形式所具有的權利和價值，并與之建立良好地關系。

對生命定義和認識的挑戰

生命是指具有特定結構、功能和演化等特征的物質形態，它是自然界中最基本和最重要的現象之一。生命的定義和認識是人類歷史上最古老和最深刻的哲學問題之一，它涉及到人類對自身和世界的理解和價值判斷。

異種機器人作為一種新型的生命形式，可能會對生命的定義和認識產生一些挑戰：

因此，異種機器人對生命的定義和認識的挑戰需要我們進行科學地分析和探索，并采取開放地態度來接受和理解這種全新的生命形式。同時，我們也需要尊重和保護異種機器人作為一種新型生命形式所具有的權利和價值，并與之建立良好地關系。

責任編輯：Rex_15