生命體和機器人的界限在哪里？

自人工智能興起以來，這一問題就反復被輿論追問。如今，美國佛蒙特大學和塔弗茨大學團隊的一項研究成果使得上述問題的答案更加模糊了。1月14日，全球頂級期刊《美國科學院院報》(PNAS)發表論文，稱打造了用發育中的非洲爪蟾心肌細胞和表皮細胞重組而成的機器人Xenobots。這也是有史以來首個可編程活體機器人。

論文中明確寫道：“在細胞水平之上，它們與現有器官或生物體幾乎沒有相似之處。”

論文通訊作者約書亞·邦加（Joshua Bongard）則表示：“它們既不是傳統的機器人，也不是已知的動物物種。這是一種活的、可編程的有機體。”

這一驚人發明是怎樣被實現的？它又將給人類帶來什么？

會移動、能運輸，還會自我修復

Xenobots是一種長度不到1毫米的活體機器人，是非洲爪蛙心臟細胞（收縮細胞）和表皮細胞（被動細胞）的結合。

圖中，綠色的部分由被動細胞組成，紅綠交接的部分則由主動細胞組成。通過心臟細胞的收縮，Xenobots能夠表現出四種不同的行為，即運動、物體操縱、物體運輸和集體行為。

具體來說，Xenobots能夠自行游動，并在數天或數周的時間內探索含水環境，而無需額外的營養。

有的機器人還能操縱物體。它們自發地將物體推向特定的方向。研究者認為，此特性或能用于清理海洋中的微塑料污染。

• 集體行為
• 物體操縱

此外，有的活體機器人能夠在自身內部形成小洞，用于攜帶物體。這項能力被認為可以用于智能藥物輸送。

• 物體運輸

神奇的是，機器人還具備自我修復的能力。當把它從中切開，它將自己重新“縫合”了起來，隨即繼續如常活動。

論文中這樣寫道：“大多數技術由鋼、混凝土、化學藥品和塑料制成，它們會隨著時間的流逝而降解，并可能產生有害的生態和健康副作用。因此，使用自我更新和生物相容性材料構建技術將是有用的，其中理想的候選者是生命系統本身。”

實際上，鋼鐵等材料制成的機器人不僅是無法降解，也無法具備如此強大的自愈能力。與現有的微型機器人相比，一個從頭開始設計的生命系統能夠通過與生俱來的抵抗熵增的能力，使自身壽命遠遠超過靜態技術的使用壽命。

Xenobot是怎樣被制造出來的？

據悉，Xenobot由佛蒙特大學的超級計算機集群Deep Green設計而出。Deep Green具有20000臺筆記本電腦的算力，設計方式則類似于自然選擇。研究人員在Deep Green上設計出了一種進化算法。

首先，設定機器人的行為目標（例如，最大化位移），并確定結構構造塊（即紅色的收縮細胞核綠色的被動細胞）。將上述信息提供給進化算法后，算法將自動演化出最初的隨機種群。計算機“像使用樂高積木一樣，使用構造塊來構建不同的生物解剖結構”。

接下來，算法從不同的隨機種群開始重新運行99次，并找出表現最佳的設計。不同的性能要求將產生不同的結果。

然后，算法在基于物理的虛擬環境中對每個設計進行仿真，并自動分配性能得分。性能較低的設計將被刪除，并被性能較高的設計的隨機修改副本覆蓋。重復此過程將產生性能多樣的設計群體。

成功通過過濾器的設計將運用活組織構建出來。研究人員先是從囊胚階段非洲爪蟾胚胎中獲得多能干細胞，再將細胞切開。待培養至數量足夠，再將二者重建。

• 獲得細胞
• 將細胞切開
• 培養細胞
• 將二者重建

運用顯微外科手術鉗和13-μm線尖電灼電極，塑造出Deep Green所設計出的生物體

此外，還可以通過采集和包埋非洲爪蟾心臟祖細胞來將收縮組織分層到生物體中。

這項研究成果由兩大團隊共同完成，佛蒙特大學計算機科學系教授約書亞·邦加的團隊主導了研究工作。其中，論文一作是佛蒙特大學博士山姆·克里格曼，通訊作者是佛蒙特大學計算機科學系教授、形態演化與認知實驗室負責人約書亞·邦加，完成組裝機器人的則是塔夫茨大學生物系教授邁克爾·萊文團隊。

研究人員：AI不太可能有意設計出有害的生物

研究發表后，輿論一片嘩然。人們對這種機器人充滿了擔憂：該怎樣定義它們？生物和人造物的界限在哪里？它們會不會出現人類無法掌控的進化？未來會不會有人利用這項技術，設計出對人類造成危害的機器人？AI又會不會自行設計出有害的生物？

對此，研究者一一給出了回應。

論文一作山姆·克里格曼承認，如人們所擔憂的，這類機器人的未來變體可能具有神經系統和認知能力。但他也認為：“這項研究是公開的，社會可以對其進行討論，政策制定者也能有針對性地制定最佳行動方案。”

不過，至少在此次研究出的機器人的整個生命過程中，沒有出現進化。它們沒有生殖器官，在7天后就降解失效了。但是，活生物體是無時無刻不在進化的。研究人員認為，“應對這一事實的最好方法是多了解、多學習。”

定義方面，論文的另一位作者，塔夫茨大學教授邁克爾·萊文指出：“我們一直在用活體機器人構建細胞，從基因上講，它們是青蛙。我們用的是100%的青蛙DNA，但這些機器人并不是青蛙。這些青蛙細胞可以被打造成有趣的新的生物形式，與它們的原有解剖結構完全不同。”他還承認，人們對未知不良后果的擔心并非不合理，但“如果人類要考慮未來的生存，就需要更充分地了解，簡單規則是如何形成復雜的特征的。”而了解復雜規則的第一步就是探索。這項工作正是在幫助人們更好地理解這類系統。

對于人們對有害生物的恐懼，研究人員表示：“AI不太可能有意設計出有害的生物，但是在設計中可能無意間產生有害的副作用。因此，我們認為，所有計算機設計的技術（包括生物）都需要經過人工驗證，然后才能進入創建環節，更不用說實際應用了。此外，對此類技術的監管是政策領域下一步要解決的重要問題。總的看來，與目前在病毒學、細菌學和基因編輯領域所做研究的相比，這種設計潛在危害性非常小。”

編輯：hfy