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《美国华人科学家开发出仿生物细胞群体机器人，为开发大规模机器人集群系统提供全新途径》

  • 来源专题：中国科学院文献情报生命健康领域集成服务门户
  • 编译者： 江洪波
  • 发布时间：2019-05-09

  • 3月27日，美国麻省理工学院的华人科学家李曙光团队研发出一种能模拟生物细胞集体迁移的机器人，可实现移动、搬运物体及向光刺激移动。该研究为开发具有预先确定性行为的大规模群体机器人系统提供了全新途径，且比已诞生的传统机器人和仿生系统具有更高的可扩展性。研究人员表示，该机器集群的运动过程与活细胞在伤口愈合或癌细胞扩散的过程类似，未来或具有环境、医疗甚至军事等方面的应用潜力。相关研究结果发表于《自然》期刊。

  • 原文来源：http://news.mit.edu/2019/particle-robot-cluster-simple-units-0320
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    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2019-03-21
    • 英国《自然》杂志20日发表了一项工程学最新突破：美国科学家团队研发了一种能模拟生物细胞集体迁移的机器人，可实现移动、搬运物体及向光刺激移动。该研究为开发具有预先确定性行为的大规模群体机器人系统提供了全新途径，且比已诞生的传统机器人和仿生系统具有更高的可扩展性。 经过设计的模块化或群机器人系统，虽然可以模拟生物学行为，如自组装、修复和搬运，但大部分系统需要集中控制，或在设计上过于复杂而限制了系统的能力和可扩展性。 鉴于此，美国哥伦比亚大学科学家霍徳·利普森及其同事设计的一款极简系统，可以减少这些限制。这种机器人由简单的盘状“粒子”组成，相比复杂的机器人，这些机器人的制造更为简单，也易于形成规模。 单个机器人“粒子”并不能移动，只能像相机光圈那样伸缩；但当它们松散聚集在一起后，程序就能让它们对单梯度信号（如光线）作出响应，并按照偏移模式振荡，集体朝着刺激源移动。 测试中，研究人员用25个物理机器人“粒子”展示了移动、搬运物体以及向光刺激移动的行为，并用10万个“粒子”的模拟实验表明了该系统可扩展性。 此外，模拟预测在20%粒子失效的情况下，系统仍能继续运动。而在传统机器人系统中，单个个体的缺失经常会导致整个系统失效。德国马克斯·普朗克智能系统研究所科学家评价认为，这种全新机器人具有传统机器人系统所没有的可扩展控制和鲁棒性——这是一种抗干扰能力参数，也是在异常和危险情况下系统生存的关键。 地球上的生物都由细胞构成，而细胞集体运作能力的强悍与复杂，至今人们也不能说完全了解。可如果能够在智能领域模拟出一定程度的细胞组合运动，并能轻易扩展，那么理论上便可以利用大规模机器人创造出无限的可能。甚至，其中一个或几个成员“丧失行动能力”，都不会对整体效果有太大影响，这对以前的机器人系统几乎是不可想象的。
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  • 《美国科学家创造出全球首个活体机器人》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：shenxiang
    • 发布时间：2020-01-16
    • 1月14日消息 全球首个活体机器人诞生了！美国佛蒙特大学计算机科学家和塔夫茨大学生物学家共同创造出100%使用青蛙DNA的可编程的活体机器人xenobots，这项最新的研究结果已经于2020年1月13日在美国国家科学院院刊上发表。 这些机器的名字来源于非洲爪蛙（Xenopus laevis），这也是为其提供干细胞的青蛙种类，机器人的宽度不到一毫米（0.04英寸），能按照计算机程序设计的路线移动，还能负载一定的重量，可以在人体内部移动。他们可以步行、游泳，没有食物也可以生存数周，并且可以一同合作工作。 佛蒙特大学说，这些是“完全新的生命形式”。 干细胞是非专业细胞，具有发展为不同细胞类型的能力。研究人员从青蛙胚胎中刮取了活的干细胞，并使其孵化。然后，根据佛蒙特大学的新闻稿，这些细胞被切割并重塑成由超级计算机设计的特定“身体形态”，即“自然界从未见过的形态”。 然后这些细胞开始孵化，皮肤细胞形成机器人的整体结构，而心肌细胞进行搏动使机器人能够自行移动。Xenobot甚至具有自我修复功能，当科学家把它们进行切割时，机器人会自行愈合并继续移动。 佛蒙特大学的首席研究员之一约书亚·邦加德（Joshua Bongard）在新闻稿中说：“这些都是新颖的活体机器。”“它们既不是传统的机器人，也不是已知的动物物种。它是一类新的人工制品：一种活的可编程生物。” Xenobot机器人看起来不像传统的机器人，它们没有闪亮的齿轮或机械臂。取而代之的是，它们看起来更像是一团移动的肉团。研究人员说，这是有意的，这种“生物机器”可以实现钢铁和塑料机器人通常无法做到的事情。 研究人员在周一发表于《美国国家科学院院刊》上的研究中说，传统的机器人“随着时间的流逝会退化，并可能产生有害的生态和健康副作用。”而生物机器人对人类健康更环保，更安全。 这些生物机器人预先装载了自己的脂质和蛋白质沉积物食物来源，使它们能够生存一周以上的时间，但它们无法繁殖或进化。但是，在营养丰富的环境中，它们的寿命可以长达几周。 这项研究表明，这种活体机器人有可能被用于许多任务，该研究部分由美国国防高级研究计划局提供资金，该局是监督军事技术发展的联邦机构。Xenobots可用于清除放射性废物，在海洋中收集微塑料，在人体内部运输药物，甚至进入我们的动脉以清除斑块。活体机器人可以在水性环境中存活几天甚至几周，而无需额外的营养，这使它们适合体内药物输送。 除了这些直接的实际任务，活体机器人还可以帮助研究人员更多地了解细胞生物学，从而为人类健康和长寿的未来发展打开大门。 研究人员说：“如果我们可以按需制作3D生物形式，我们可以修复先天缺陷，将肿瘤重编程为正常组织，在外伤或退行性疾病后再生并战胜衰老。”这项研究可能“对再生医学产生巨大影响（构建身体部位并诱导再生）。”
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