Xenobots 2.0 已经到来，仍然使用蛙类干细胞开发

同样的生物学家和计算机科学家团队来自 Tufts 大学和佛蒙特大学，他们去年创造了“Xenobots”，现在已经开发了 Xenobots 2.0。去年的版本是新颖的、微小的、自愈的生物机器，由蛙细胞制成，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形式。它们不需要肌肉来移动，并且已经展示了可记录的记忆。与它们的前身相比，新的机器人移动得更快，导航得更好，寿命更长。同时，它们仍然可以一起工作并在受损时自愈。

新的研究结果发表在 Science Robotics。

对于 Xenobots 1.0，毫米级的自动化是“自上而下”构建的，通过组织和手术塑形蛙皮和心脏细胞，这些细胞产生运动。对于新版本的技术，它们是“自下而上”构建的。

从非洲蛙 Xenopus laevis 的胚胎中取出干细胞，这使得它们能够自组装和生长成球形体。几天后，细胞分化并产生了纤毛，这些纤毛来回移动或以特定的方式旋转。

这些纤毛为新的机器人提供了一种“腿”的形式，使它们能够快速地在表面上移动。在生物世界中，纤毛或微小的毛发状突起通常出现在粘液表面，如肺部。它们通过推出异物和病原体来帮助，但在 Xenobots 中，它们提供了快速的运动能力。

Michael Levin 是 Tufts 大学的生物学杰出教授和 Allen 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’，与它们的默认状态——在这种情况下，是一只蛙——非常不同，尽管它们具有完全正常的基因组，”Levin 说。“在蛙胚胎中，细胞合作创建了一条蝌蚪。在这里，脱离了这种背景，我们看到细胞可以重新利用它们的基因编码的硬件，例如纤毛，用于新的功能，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，而无需长时间的进化选择。”

高级科学家 Doug Blackiston 是研究的共同第一作者，研究技术员 Emma Lederer 是另一位共同第一作者。

“在某种程度上，Xenobots 的构建与传统机器人非常相似。我们使用细胞和组织来构建形状和创建可预测的行为，而不是使用人工组件，”Blackiston 说。“在生物学方面，这种方法帮助我们了解细胞在发育过程中如何相互通信，以及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，这些模拟模拟了 Xenobots 的不同形状，这有助于确定它们在个体和群体中表现出的不同行为。该团队依赖于 UVM 的 Vermont 高级计算核心的 Deep Green 超级计算机集群。

由计算机科学家和机器人专家 Josh Bongard 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群体中合作收集碎片的 Xenobots。

“我们知道任务，但对于人类来说，一个成功的设计应该是什么样子并不是很明显。这就是超级计算机的用途——搜索所有可能的 Xenobots 群体，以找到最好的一个，”Bongard 说。“我们希望 Xenobots 执行有用的工作。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，它可以清理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，并且可以覆盖大型平面。新的升级还包括 Xenobots 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记录记忆的能力，这可以用来修改其行为和动作。新开发的记忆功能经过测试，概念证明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。

“当我们为机器人添加更多功能时，我们可以使用计算机模拟来设计它们，以便它们具有更复杂的行为和执行更复杂任务的能力，”Bongard 说。“我们可以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。”

新的机器人版本也能够非常高效地自愈，表明它们能够在仅五分钟内关闭大多数严重的全长裂伤的一半厚度。

新的 Xenobots 保留了在胚胎能量储存中存活长达十天的能力，并且可以在没有额外能量来源的情况下执行任务。如果它们被放在不同的营养物质中，它们可以以全速继续运行数月。