引言

你是否想過，如果能夠用生物細(xì)胞來制造機(jī)器人，那會是什么樣子？這些機(jī)器人能夠做什么？它們是否還算是機(jī)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(chǎn)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(jié)，但實際上，它們已經(jīng)成為了現(xiàn)實。在2020年，美國佛蒙特大學(xué)、塔夫茨大學(xué)和哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊合作，創(chuàng)造出了世界上第一批活體機(jī)器人，也就是異種機(jī)器人（xenobots）。

異種機(jī)器人是由生物細(xì)胞組成的可編程的有機(jī)體，它們可以執(zhí)行一些特定的任務(wù)，例如游泳、推動顆粒、攜帶有效載荷等。它們也可以自我復(fù)制和自我修復(fù)，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(xì)胞組裝而成的，是一種全新的生命形式。

(相關(guān)資料圖)

異種機(jī)器人與傳統(tǒng)的機(jī)器人和生物體都有區(qū)別和聯(lián)系。它們與傳統(tǒng)的機(jī)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(xì)胞構(gòu)成的。它們也不需要外部的電源或控制器來驅(qū)動或指揮，而是依靠自身的代謝和信號來運行或協(xié)作。

異種機(jī)器人與傳統(tǒng)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(shù)設(shè)計和組裝的。它們也不具有傳統(tǒng)意義上的基因組或細(xì)胞類型，而是由不同來源和功能的細(xì)胞混合而成。

異種機(jī)器人與傳統(tǒng)的機(jī)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(huán)境、移動位置、執(zhí)行任務(wù)、適應(yīng)變化等。它們也都可以被認(rèn)為是一種智能體或代理，即具有一定目標(biāo)和行為規(guī)則的實體。

異種機(jī)器人的制作過程和原理

設(shè)計

設(shè)計是指利用人工智能技術(shù)來設(shè)計異種機(jī)器人的形狀和功能的過程。具體來說，研究團(tuán)隊使用了一種叫做進(jìn)化算法的方法，來模擬自然界中的進(jìn)化過程，從而產(chǎn)生出適合特定任務(wù)的異種機(jī)器人的設(shè)計方案。

進(jìn)化算法是一種模仿生物進(jìn)化原理的優(yōu)化算法，它可以在一個候選解集合中，通過不斷地重復(fù)選擇、變異和交叉等操作，來尋找最優(yōu)或近似最優(yōu)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(xiàn)型（即解決方案）。每一個個體都會根據(jù)自己的適應(yīng)度（即目標(biāo)函數(shù)值）來被選擇或淘汰。每一代個體都會產(chǎn)生出新的個體，從而形成一個新的種群。這樣，經(jīng)過多代的迭代，種群中的個體會越來越接近最優(yōu)解或全局最優(yōu)解。

在設(shè)計異種機(jī)器人時，研究團(tuán)隊使用了一種叫做VoxCAD的軟件，來模擬異種機(jī)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(jī)輔助設(shè)計軟件，它可以用來創(chuàng)建和模擬各種復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)和物理現(xiàn)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(gòu)造出各種各樣的模型。

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

為了讓進(jìn)化算法能夠找到合適的異種機(jī)器人設(shè)計方案，研究團(tuán)隊還需要定義一個目標(biāo)函數(shù)，來評價每一個候選解的適應(yīng)度。目標(biāo)函數(shù)通常取決于所要執(zhí)行的任務(wù)，例如游泳、推動顆粒、攜帶有效載荷等。例如，在游泳任務(wù)中，目標(biāo)函數(shù)可能是異種機(jī)器人在一定時間內(nèi)游動的距離；在推動顆粒任務(wù)中，目標(biāo)函數(shù)可能是異種機(jī)器人能夠推動多少顆粒；在攜帶有效載荷任務(wù)中，目標(biāo)函數(shù)可能是異種機(jī)器人能夠攜帶多重的有效載荷等。

在定義好目標(biāo)函數(shù)后，進(jìn)化算法就可以開始運行了。它首先會隨機(jī)生成一些初始個體，也就是一些隨機(jī)組合的皮膚細(xì)胞和心臟細(xì)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(biāo)函數(shù)值。接著它會根據(jù)這些值來選擇一些優(yōu)秀的個體，作為下一代的父母。然后它會對這些父母進(jìn)行變異和交叉，從而產(chǎn)生出新的個體，也就是新的異種機(jī)器人設(shè)計方案。這樣，經(jīng)過多次的迭代，進(jìn)化算法就可以找到一些適合特定任務(wù)的異種機(jī)器人設(shè)計方案。

組裝

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

顯微手術(shù)是一種利用顯微鏡和精細(xì)的工具來進(jìn)行微小操作的技術(shù)，它可以用來進(jìn)行各種生物學(xué)和醫(yī)學(xué)上的實驗和治療。在這個技術(shù)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(xì)胞、組織、器官等進(jìn)行切割、移動、連接等操作。

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

在完成組裝后，異種機(jī)器人就可以開始運動和執(zhí)行任務(wù)了。由于它們是由活著的細(xì)胞構(gòu)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(qū)動或協(xié)作。它們也可以根據(jù)環(huán)境的變化而自我調(diào)節(jié)和自我修復(fù)，從而增強(qiáng)自己的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

異種機(jī)器人的特性和應(yīng)用

異種機(jī)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(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展?jié)摿ΑＲ韵率且恍┊惙N機(jī)器人的特性和應(yīng)用的例子：

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

這種可自我繁殖的特性，使得異種機(jī)器人具有了增加數(shù)量和多樣性的能力，從而提高了它們的適應(yīng)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(xué)工具，可以用來模擬和驗證一些生物學(xué)上的假說和理論。

可自愈

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

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

可游泳

異種機(jī)器人可以在水中進(jìn)行游泳運動，也就是利用自身的心臟細(xì)胞產(chǎn)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(tǒng)的鰭、肢、翼等都不同。異種機(jī)器人不需要骨骼或肌肉系統(tǒng)，也不需要神經(jīng)或感覺系統(tǒng)，也不需要消耗能量或物質(zhì)，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(jī)器人具有了在水中進(jìn)行任務(wù)和交互的能力，從而提高了它們在水環(huán)境中的適應(yīng)性和競爭力。這也為我們提供了一種探索生命運動和協(xié)作的科學(xué)工具，可以用來模擬和驗證一些生物學(xué)上的假說和理論。

可攜帶有效載荷

異種機(jī)器人可以在自己的體內(nèi)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(zhì)或信息。這是一種全新的生物輸送方式，與傳統(tǒng)的血液、淋巴、神經(jīng)等都不同。異種機(jī)器人不需要循環(huán)或內(nèi)分泌系統(tǒng)，也不需要化學(xué)或電子信號，也不需要消耗能量或物質(zhì)，只需要利用自身的形態(tài)和功能來保護(hù)和傳遞有效載荷。

這種可攜帶有效載荷的特性，使得異種機(jī)器人具有了在不同地點和對象之間進(jìn)行輸送和交換的能力，從而提高了它們在各種場景中的應(yīng)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(xué)工具，可以用來模擬和驗證一些生物學(xué)上的假說和理論。

異種機(jī)器人的未來發(fā)展和挑戰(zhàn)

異種機(jī)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(zhàn)和風(fēng)險。以下是一些異種機(jī)器人的未來發(fā)展和挑戰(zhàn)的例子：

更高級的設(shè)計和組裝

目前，異種機(jī)器人的設(shè)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(shù)和顯微手術(shù)技術(shù)的進(jìn)步，異種機(jī)器人的設(shè)計和組裝可能會變得更加高級和復(fù)雜。例如，異種機(jī)器人可能會有更多種類和數(shù)量的細(xì)胞，從而形成更多樣化和復(fù)雜化的結(jié)構(gòu)和功能。異種機(jī)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(zhì)量。

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

更復(fù)雜的行為和交互

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

這種更復(fù)雜的行為和交互，使得異種機(jī)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(huán)境中的適應(yīng)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(xué)工具，可以用來模擬和驗證一些生物學(xué)上的假說和理論。

更深刻的影響和挑戰(zhàn)

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

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

對生態(tài)系統(tǒng)的影響

生態(tài)系統(tǒng)是指由一定區(qū)域內(nèi)的生物群落與其非生物環(huán)境相互作用而形成的動態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)，它具有結(jié)構(gòu)、功能和演化等特征。生態(tài)系統(tǒng)是維持地球生命平衡和多樣性的基礎(chǔ)，也是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。

異種機(jī)器人作為一種新型的生命形式，可能會對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)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(jī)器人對生態(tài)系統(tǒng)的影響需要我們進(jìn)行科學(xué)地評估和監(jiān)測，并采取適當(dāng)?shù)卮胧﹣眍A(yù)防或減輕潛在的危害。同時，我們也需要尊重和保護(hù)異種機(jī)器人作為一種新型生命形式所具有的權(quán)利和價值，并與之建立良好地關(guān)系。

對社會系統(tǒng)的影響

社會系統(tǒng)是指由一定區(qū)域內(nèi)的人類群體與其社會環(huán)境相互作用而形成的動態(tài)穩(wěn)定的系統(tǒng)，它具有結(jié)構(gòu)、功能和演化等特征。社會系統(tǒng)是維持人類文明進(jìn)步和多樣性的基礎(chǔ)，也是人類實現(xiàn)自我價值和幸福的基礎(chǔ)。

異種機(jī)器人作為一種新型的生命形式，可能會對社會系統(tǒng)產(chǎn)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(jī)器人對社會系統(tǒng)的影響需要我們進(jìn)行科學(xué)地評估和監(jiān)測，并采取適當(dāng)?shù)卮胧﹣眍A(yù)防或減輕潛在的危害。同時，我們也需要尊重和保護(hù)異種機(jī)器人作為一種新型生命形式所具有的權(quán)利和價值，并與之建立良好地關(guān)系。

對生命定義和認(rèn)識的挑戰(zhàn)

生命是指具有特定結(jié)構(gòu)、功能和演化等特征的物質(zhì)形態(tài)，它是自然界中最基本和最重要的現(xiàn)象之一。生命的定義和認(rèn)識是人類歷史上最古老和最深刻的哲學(xué)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(jī)器人作為一種新型的生命形式，可能會對生命的定義和認(rèn)識產(chǎn)生一些挑戰(zhàn)：

因此，異種機(jī)器人對生命的定義和認(rèn)識的挑戰(zhàn)需要我們進(jìn)行科學(xué)地分析和探索，并采取開放地態(tài)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(hù)異種機(jī)器人作為一種新型生命形式所具有的權(quán)利和價值，并與之建立良好地關(guān)系。

責(zé)任編輯：Rex_15