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(fù)被輿論追問。如今，美國佛蒙特大學(xué)和塔弗茨大學(xué)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(xué)院院報》(PNAS)發(fā)表論文，稱打造了用發(fā)育中的非洲爪蟾心肌細(xì)胞和表皮細(xì)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(xì)胞水平之上，它們與現(xiàn)有器官或生物體幾乎沒有相似之處?！?/p>

論文通訊作者約書亞·邦加（Joshua Bongard）則表示：“它們既不是傳統(tǒng)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(fā)明是怎樣被實現(xiàn)的？它又將給人類帶來什么？

會移動、能運輸，還會自我修復(fù)

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(xì)胞（收縮細(xì)胞）和表皮細(xì)胞（被動細(xì)胞）的結(jié)合。

圖中，綠色的部分由被動細(xì)胞組成，紅綠交接的部分則由主動細(xì)胞組成。通過心臟細(xì)胞的收縮，Xenobots能夠表現(xiàn)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(shù)天或數(shù)周的時間內(nèi)探索含水環(huán)境，而無需額外的營養(yǎng)。

有的機器人還能操縱物體。它們自發(fā)地將物體推向特定的方向。研究者認(rèn)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(nèi)部形成小洞，用于攜帶物體。這項能力被認(rèn)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(fù)的能力。當(dāng)把它從中切開，它將自己重新“縫合”了起來，隨即繼續(xù)如常活動。

論文中這樣寫道：“大多數(shù)技術(shù)由鋼、混凝土、化學(xué)藥品和塑料制成，它們會隨著時間的流逝而降解，并可能產(chǎn)生有害的生態(tài)和健康副作用。因此，使用自我更新和生物相容性材料構(gòu)建技術(shù)將是有用的，其中理想的候選者是生命系統(tǒng)本身?！?/p>

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(xiàn)有的微型機器人相比，一個從頭開始設(shè)計的生命系統(tǒng)能夠通過與生俱來的抵抗熵增的能力，使自身壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過靜態(tài)技術(shù)的使用壽命。

Xenobot是怎樣被制造出來的？

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

首先，設(shè)定機器人的行為目標(biāo)（例如，最大化位移），并確定結(jié)構(gòu)構(gòu)造塊（即紅色的收縮細(xì)胞核綠色的被動細(xì)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(gòu)造塊來構(gòu)建不同的生物解剖結(jié)構(gòu)”。

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(xiàn)最佳的設(shè)計。不同的性能要求將產(chǎn)生不同的結(jié)果。

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

成功通過過濾器的設(shè)計將運用活組織構(gòu)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(xì)胞，再將細(xì)胞切開。待培養(yǎng)至數(shù)量足夠，再將二者重建。

• 獲得細(xì)胞
• 將細(xì)胞切開
• 培養(yǎng)細(xì)胞
• 將二者重建

運用顯微外科手術(shù)鉗和13-μm線尖電灼電極，塑造出Deep Green所設(shè)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(xì)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(xué)計算機科學(xué)系教授約書亞·邦加的團隊主導(dǎo)了研究工作。其中，論文一作是佛蒙特大學(xué)博士山姆·克里格曼，通訊作者是佛蒙特大學(xué)計算機科學(xué)系教授、形態(tài)演化與認(rèn)知實驗室負(fù)責(zé)人約書亞·邦加，完成組裝機器人的則是塔夫茨大學(xué)生物系教授邁克爾·萊文團隊。

研究人員：AI不太可能有意設(shè)計出有害的生物

研究發(fā)表后，輿論一片嘩然。人們對這種機器人充滿了擔(dān)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(xiàn)人類無法掌控的進化？未來會不會有人利用這項技術(shù)，設(shè)計出對人類造成危害的機器人？AI又會不會自行設(shè)計出有害的生物？

對此，研究者一一給出了回應(yīng)。

論文一作山姆·克里格曼承認(rèn)，如人們所擔(dān)憂的，這類機器人的未來變體可能具有神經(jīng)系統(tǒng)和認(rèn)知能力。但他也認(rèn)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?！?/p>

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(xiàn)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(rèn)為，“應(yīng)對這一事實的最好方法是多了解、多學(xué)習(xí)。”

定義方面，論文的另一位作者，塔夫茨大學(xué)教授邁克爾·萊文指出：“我們一直在用活體機器人構(gòu)建細(xì)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(xì)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(jié)構(gòu)完全不同。”他還承認(rèn)，人們對未知不良后果的擔(dān)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(guī)則是如何形成復(fù)雜的特征的?！倍私鈴?fù)雜規(guī)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(tǒng)。

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(shè)計出有害的生物，但是在設(shè)計中可能無意間產(chǎn)生有害的副作用。因此，我們認(rèn)為，所有計算機設(shè)計的技術(shù)（包括生物）都需要經(jīng)過人工驗證，然后才能進入創(chuàng)建環(huán)節(jié)，更不用說實際應(yīng)用了。此外，對此類技術(shù)的監(jiān)管是政策領(lǐng)域下一步要解決的重要問題。總的看來，與目前在病毒學(xué)、細(xì)菌學(xué)和基因編輯領(lǐng)域所做研究的相比，這種設(shè)計潛在危害性非常小?！?/p>

編輯：hfy