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官网登录177 使用青蛙细胞的算法设计机器人
发布时间:2020-03-31 15:01
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使用青蛙细胞的算法设计机器人

研究人员今天(1月13日)在pnas上报告说,可以雕刻从青蛙胚胎中提取的细胞,以创造出新的形状,并在不完全是有机体和不完全是机械的结构中执行独特的功能

我对这篇文章的第一反应是:天哪,这可能很大,帕梅拉·里昂(pamela lyon)在一封电子邮件中告诉《科学家》

里昂(lyon)是阿德莱德大学的一名认知生物学家,他并未参与这项研究,但正与塔夫茨大学(tufts university)的发育生物学家,该研究的资深作者迈克尔·莱文(michael levin)合作开展另一个项目

研究人员设计并建造了可以在培养皿底部移动的所谓的异种机器人

他们还设计了可以操纵和运输其他物体的结构

当几个设计放在一起时,它们开始表现出集体行为,例如彼此绕行或暂时绑定

莱文说,这只是冰山一角

其目的不是制造青蛙细胞机器人

最后,其目的是要了解有关基因组与解剖结构之间关系的重大问题,并推动再生医学,机器人技术和人工智能

进化机器人技术是一种新策略,一些科学家使用它来探索有关生物系统功能的问题,而另一些科学家则使用它来设计和测试可能的机器人结构的能力

乔什·邦加德(josh bongard)是佛蒙特大学(university of vermont)研究进化机器人技术的合著者和计算机科学家,他的团队首先开始与莱文(levin)合作,获得了darpa的共同资助

当他们熟悉彼此的工作时,bongard与levin和他的团队分享了他的算法创建的一些简单的,基于细胞的机器人设计

邦加德的设计只是理论上的,但令他惊讶的是,莱文斯实验室的显微外科专家兼科学家道格拉斯·布莱克斯顿(douglas blackiston)采纳了其中一个计划,并实际上使用了青蛙胚胎细胞来构建了该计划

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邦加德说,直到那时,我们还没有意识到他们能够真正采用计算机设计的蓝图并在现实中构建设计

这确实改变了项目的重点

问题变成了,通常会形成青蛙的细胞它们还能建立什么呢?莱文说

由青蛙细胞开发并由人工智能设计的异种机器人在整个表面上移动

bongards团队开发了一种进化算法

它的工作是确定青蛙的心脏和皮肤细胞应采取何种形状,以便在培养皿底部移动

邦加德说,这里的想法有点像是如果有一整群人在划船,但他们都以自己的频率划船

您可以设计船的形状并将人员放置在船中,以使船沿直线方向移动吗?

首先,程序会生成一堆随机形状,这些形状由青蛙胚胎中收缩的两个基本单元和收缩的胚体皮肤细胞组成

然后,它执行自己的自然选择版本

它开始在仿真中测试设计,以查看哪些设计最能完成所需的任务

无效的表格将被删除

最高效的设计会在不同的环境中进行进一步的仿真,从而使算法能够选择最健壮的版本,以便在多个环境中保持所需的功能并承受随机噪声

然后莱文斯(levins)小组从青蛙胚胎中提取细胞,让它们成堆生长,最后将它们雕刻成算法确定的形状,就像雕刻家在建造雕像一样,只是这个雕像是由活细胞而不是石头制成的

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莱文认为,将来这种结构可以用来制造可以自我修复的机器,就像组织受损时可以修复的机器一样

这些机器可以在海洋中收集微塑料,而不会因在盐水中降解而增加自身的污染,改善药物输送或创造全新的疾病治疗方法

莱文说,除了这些实际应用外,发育生物学家还将对这些结构可以教会我们有关细胞如何组织的东西感兴趣

尽管如此,这项工作仍处于早期阶段

新墨西哥大学的计算机科学家戴维·阿克莱(david ackley)并未参与这项研究,他说,这是一个出色的概念验证,证明了数学软机器人的人工进化如何指导功能性生物系统的设计

gman等人,《设计可重构生物的可扩展管道》,pnas,doi:10.1073 / pnas.1910837117,2020

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