Xenobots 2.0 已经到来，仍然使用蟾蜍干细胞开发

去年创造了“Xenobots”的塔夫茨大学和佛蒙特大学的生物学家和计算机科学家团队现在已经开发了 Xenobots 2.0。去年的版本是由蟾蜍细胞制成的新型、微小的自愈生物机器，它们可以导航、推动有效载荷，并在某些情况下作为一个集体单位。

Xenobots 2.0

新的 Xenobots 2.0 是可以从单个细胞自组装身体的生命体。它们不需要肌肉来移动，并且已经展示了可记录的记忆。与其前身相比，新的机器人移动速度更快，导航能力更强，寿命更长。同时，它们仍然可以合作并在损坏时自愈。

新的研究发表在 Science Robotics 上。

使用 Xenobots 1.0 时，毫米级的自动化是“自上而下”构建的，通过手动放置组织和外科手术塑形蟾蜍皮肤和心脏细胞，这产生了运动。使用新版本的技术，它们是“自下而上”构建的。

从非洲蟾蜍 Xenopus laevis 的胚胎中取出干细胞，使它们能够自组装和生长成球状体。几天后，细胞分化并产生了前后或以特定方式旋转的纤毛。

这些纤毛为新的机器人提供了一种“腿”，使它们能够快速穿越表面。在生物世界中，纤毛或小的毛状突起通常出现在黏膜表面，如肺部。它们通过推出外来物质和病原体来帮助，但在 Xenobots 中，它们提供了快速的运动。

迈克尔·莱文是塔夫茨大学的杰出生物学教授和艾伦发现中心的主任。他是该研究的通讯作者。

“我们正在见证细胞集体的显著可塑性，它们构建了一个粗糙的新‘身体’，与默认的——在这种情况下，蟾蜍——非常不同，尽管它们具有完全正常的基因组，”莱文说。“在蟾蜍胚胎中，细胞合作创建蝌蚪。在这里，脱离了这种背景，我们看到细胞可以重新利用其基因编码的硬件，例如纤毛，用于新的功能，例如运动。令人惊讶的是，细胞可以自发地承担新的角色并创建新的身体计划和行为，而无需长期的进化选择这些特征。”

高级科学家道格·布莱克斯顿是该研究的共同第一作者，研究技术员艾玛·莱德勒也是共同第一作者。

“在某种程度上，Xenobots 的构造与传统机器人非常相似。只是我们使用细胞和组织而不是人工部件来构建形状并创建可预测的行为，”布莱克斯顿说。“在生物学方面，这种方法帮助我们了解细胞如何在发育过程中相互通信，以及我们如何更好地控制这些相互作用。”

在佛蒙特大学，科学家们正在开发计算机模拟，模拟了 Xenobots 的不同形状，这有助于确定个体和群体中表现出的不同行为。该团队依赖于佛蒙特大学先进计算核心的 Deep Green 超级计算机集群。

由计算机科学家和机器人专家乔什·邦加德领导的团队使用进化算法创建了数十万种环境条件。然后使用这些模拟来确定可以在颗粒场中合作收集碎片的 Xenobots 群体。

我们知道任务，但对于人类来说，什么样的设计才是成功的，这一点并不明显。这就是超级计算机的作用，它搜索所有可能的 Xenobots 群体的空间，以找到最好的群体来完成这项工作，”邦加德说。“我们希望 Xenobots 能够完成有用的工作。目前我们给他们简单的任务，但最终我们旨在创造一种新的活工具，它可以清除海洋中的微塑料或土壤中的污染物。”

新的机器人版本在垃圾收集等任务中更快、更高效，并且现在可以覆盖大型平面。新的升级还包括 Xenobot 记录信息的能力。

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记录记忆和自愈

该技术最令人印象深刻的新功能是机器人能够记录记忆，这可以用来修改其行为和行动。新开发的记忆功能经过测试，概念验证表明它可以在未来扩展以检测和记录光、放射性污染、化学污染物等。

“当我们为机器人带来更多功能时，我们可以使用计算机模拟来设计具有更复杂行为的机器人，并且能够执行更复杂的任务，”邦加德说。“我们可以潜在地设计它们不仅可以报告其环境中的条件，还可以修改和修复其环境中的条件。”

新的机器人版本还能够非常高效地自愈，表明它们能够在仅仅五分钟内关闭大多数全长裂伤的一半厚度。

新的 Xenobots 保留了在胚胎能量储备上生存长达十天的能力，其任务可以在没有额外能量来源的情况下执行。如果它们被保存在各种不同的营养物质中，它们可以以全速继续数月。