陈根：生物机器人——依靠细胞“长成”

文/陈根

科幻作品《云端杀机》中曾描述过这样一个场景：像蚁群一样的有机组织，形成千万级别的简易飞机群，以蜂拥而至、出奇制胜的步骤完成了刺杀行动。这一场景生动展现了集群机器人的设计理念和威力。

近日，科学家也研究出了集群机器人Xenobot。其从胚胎干细胞中培养出，由无数个小机器人组成。它无需能源支持、能够自行解体，还能在人类发出指令后，自主完成指定任务。

如果说传统机器人是硅基机器人，那么该机器人以细胞制造出，可以称为碳基机器人。小型化、集群化、具有生物原生特性是该碳基机器人的看点。

此前，很多科学家尝试过让细胞这种生命单元成为机器人的元器件，但这些设计方法都基于传统机器人的思路，即借助一个具象的“器官”，合成元件赋予机器人移动的能力，然后加入一些具有高硬度的微米薄板、抗断裂的细丝等人工合成的非生命材料进行辅助或支撑。

事实上，细胞间自己的组织体系是有物质基础的，例如坐落在细胞膜的大量“受体”，它们通过接收声、光、电、力、化学信号等各种形态的信号，将外部的情况通知到细胞内再做反应。

针对细胞的这一特性，科学家选择了爪蟾的胚胎干细胞进行研究，并在不需要神经细胞和肌肉细胞的情况下，制造出了一个会工作的机器人。

该机器人动力系统使用了纤毛，有了纤毛，Xenobot就像有了马达带动的螺旋桨。把它们放在均匀铺满氧化铁颗粒的培养皿中，它们能够一起扫过培养皿表面，迅速收集大量氧化铁颗粒，进行清理垃圾的工作。随着进一步的开发，这种新型生命机器可以用于清理海洋中的微塑料或土壤中的污染物。

另外，Xenobot不需要外部食物来源，它们代谢的是早期胚胎爪蟾组织中存在的母体原本的卵黄，它们在寿命终止时，会自行脱落并退化，最终实现组织解体。

通过向非洲爪蟾胚胎细胞中注入编码荧光蛋白的mRNA，科学家在Xenobot内设置了荧光开关，用来记录它们的路径。未来，可以利用这种分子记忆来检测放射性污染物、化学污染物等情况。

与此同时，该机器人的细胞还可以吸收和分解化学物质，发挥微型工厂的作用。通过计算机模拟，可以为它们设计更复杂的行为，让它们执行更复杂的任务。

但是目前碳基生物机器人距离实际应用还有一段距离，比如如何使其进行自组装，如何保证其具有运动能力，以及如何通过合理的设计使其产生更为复杂的生物学功能。未来，在其带给人类惊喜的同时，还有一段很长的路要走。