在科幻作品《云端杀机》中,曾经描绘过一个场景:如同蚂蚁组成的群体,数百万架简单的飞行器集体行动,以出奇制胜的方式完成了刺杀任务。这个场景生动地展示了集群机器人设计的理念及其强大的功能。
最近,科学家们研发了一种名为Xenobot的集群机器人。这种机器人是由胚胎干细胞培养而成的,由无数个微型机器人组成。它们不需要额外的动力支持,可以自行分解,并且在接收到人类指令后,能够自主完成指定的任务。
如果说传统的机器人是基于硅基材料,那么Xenobot则是利用细胞制造出来的,可以称之为碳基机器人。这种机器人具有小型化、集群化和生物原生特性等特点。
以前,许多科学家试图将细胞作为机器人的组成部分,但这些设计大多借鉴了传统机器人的思路,即依赖于一个具体的“器官”来赋予机器人移动的能力,并辅以一些坚硬的人工材料。实际上,细胞内部本身就存在一种组织体系,比如位于细胞膜上的大量“受体”,它们可以通过感知声、光、电、力、化学信号等多种形式的信号,将外界环境的变化传递到细胞内部并作出反应。
科学家们选择爪蟾的胚胎干细胞进行研究,并在没有使用神经细胞和肌肉细胞的情况下,制造出了一种能工作的机器人。这种机器人的动力来源于纤毛,这些纤毛使Xenobot像装有螺旋桨的船只一样移动。当它们被放置在一个覆盖着氧化铁颗粒的培养皿中时,它们能够协同工作,迅速清理氧化铁颗粒,执行垃圾清理任务。未来,这种新型的生命机器人有望用于清除海洋中的微塑料或土壤中的污染物。
此外,Xenobot不需要外部的食物来源,它们消耗的是早期胚胎爪蟾组织中存在的母体卵黄。当它们的生命结束时,它们会自行分解并消失,最终实现组织的崩解。
通过向非洲爪蟾胚胎细胞中注入编码荧光蛋白的mRNA,科学家们在Xenobot内部设置了荧光开关,以便记录它们的行踪。未来,这种分子记忆技术可以用于检测放射性污染物或化学污染物等。同时,这些机器人的细胞还能够吸收和分解化学物质,起到微型工厂的作用。通过计算机模拟,可以为它们设计更复杂的行为,从而执行更加复杂的任务。
然而,目前的碳基生物机器人距离实际应用还有一定距离,比如如何实现自我组装、保持运动能力,以及如何通过合理设计使其具备更复杂的生物学功能。尽管如此,未来的碳基生物机器人仍有可能为人类带来诸多惊喜,但这还需要一段漫长的探索过程。