Xenobots 移動留下的軌跡(圖:Douglas Blackiston)

美國塔夫茲大學(Tufts University)艾倫研究中心(Allen Discovery Center)麥可爾·萊文教授(Michael Levin)領導的研究團隊,日前成功開發出「具有生命性」的活體機器人 Xenobots。萊文教授補充:「這是一種全新、在地球上從未見過的生命形態,具有生命性且可程式控制的有機體。」

Xenobots

在機器人的研究中,一般皆使用金屬或塑膠作為基礎素材,藉此提升其強度與耐用性。但萊文教授與其同事認為使用生物細胞組織能帶來更大的益處,損傷時能自我修復。最重要的事,任務結束後,不會留下任何對生物有害的殘留物,會自然在環境中降解。

雖然當前的技術有許多方法能針對有機體重新建構其型態,但根據團隊發表於《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)的論文表示,這些方法仍有許多缺點。如單細胞生物能透過基因工程來產生科學家欲得到的性質,但此方法目前無法擴展到多細胞生物的規模;而多細胞生物雖然能藉由控制培養的環境來控制,不過所能產生的型態改變幅度相當有限。

演化式演算法

因此研究團隊認為,日益強大的電腦運算能力與 3D 列印技術更適合用於開發以有機體為基礎的機器人。他們透過演化式演算法(Evolutionary Algorithm)設計了一套程式,來產生有機體可能能夠形成、不會產生排斥,且能夠達到指定任務的組成方式。

團隊使用了非洲爪蟾(African clawed frogs)胚胎的皮膚與心臟細胞作為組成有機體機器人基礎元件,並且規範了欲達到的目標,如以移動距離的長度來進行篩選。研究人員首先隨機組成各種型態的有機體機器人,接著保留表現最佳的幾組組成方式,以類似生命體透過染色體結合產生下一代的方式,進一步產出可能有更佳結果的組合。重複了 99 代後,再從中挑出可行的組成方式實際進行實驗。

未來發展

藉此方法設計的有機體機器人能在團隊設置的培養皿環境中自由移動,如同具有生命力一般。萊文教授表示,未來也許能使用更複雜的細胞來組成有機體機器人,如血管、神經,如此一來可能會產生類似眼睛的結構,而若使用哺乳動物的細胞構成,甚至可以在乾燥的環境中使用。此種以生物有機體作為元件構成的機器人將能在醫療、環境保護上有相當廣泛的用途。

參考資料:

  1. Tangermann, V. (2020, January 14). Scientists build “first living robots” from frog stem cells. Futurism
  2. Sample, I. (2020, January 13). Scientists use stem cells from frogs to build first living robots. TheGuardian
  3. Kriegman, S., Blackiston, D., Levin, M., & Bongard, J. (2020). A scalable pipeline for designing reconfigurable organisms. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201910837. doi: 10.1073/pnas.1910837117
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