科學家打造出DNA「類生命材料」：用在類人軟機器人上 可新陳代謝、自我組裝和繁殖

技術的創新，在未來的某天也許會把栩栩如生的類人機器人帶到我們的面前。

據悉，康奈爾大學的科學家們創造了一種「類生命材料」，具有新陳代謝機制，可以自我組裝、自我繁殖等三個關鍵的生命特徵。

DNA類人機器人的原理（圖源：Science Robotics）

工程師們能夠通過使用DNA來實現這一壯舉，以便用具有生命特徵的生物材料來製造更接地氣、靈活和智能的AI機器。

科學家們將他們利用這種工藝打造的材料稱為「基於DNA的裝配和合成的分層」（DNA-based Assembly and Synthesis of Hierarchical，DASH）材料。這些具有新陳代謝功能的DNA材料，在經過一系列的化學反應與處理之後，可以將食物轉化為維持生命所必需的能量。

科學家的目標不是創造一個生命形態，而是一個具有逼真類人特徵的機器。生物和環境工程教授羅丹（原文Dan Luo，音譯）指出：「我們不是在創造一些活著的東西，但我們正在創造比以往所見更加逼真的材料。」

這裡的主要創新是編程到DNA材料中的程序化、變成花代謝。新陳代謝和自主再生的指令使材料能夠自行生長。

在他們的論文中，科學家將新陳代謝描述為一種系統，通過該系統，「使用生物過程以受控的，分層的方式自主地合成、組裝、消散和分解包含生命的材料。」

為了繼續前進，生物體必須能夠產生新細胞，同時丟棄舊細胞和廢物。正是這個過程，康奈爾大學的科學家們使用DASH進行了複製。他們設計了一種生物材料，可以從納米級構建塊中獨立出現。它可以先將自身排列成聚合物，然後進入中等尺度的形狀。

材料中的DNA分子被複制數十萬次，產生長度為幾毫米的重複DNA鏈。將具有這些反應的溶液注入到促進生物合成的特殊微流體裝置中。

這種流動滲透了材料，導致DNA合成自己的「鏈」（從55個核苷酸鹼基的DNA分子增殖形成幾毫米長的DNA水凝膠）。這種材料甚至有自己的運動，前端生長，而尾端則降解，從而使其不斷向前蠕動。

這一事實使得研究人員可以讓部分材料相互「競生」。雖然這種「類生命材料」是第一次實現，還處於雛形階段，但已經能夠自發形成有層次、有組織的形狀，並能自主地逆流運動，甚至和另外的「類生命材料」賽跑。

「這些設計仍然是原始的，但他們展示了從生物分子中創造動態機器的新途徑。我們邁出了通過人工新陳代謝來構建逼真機器人的第一步，」該論文的主要和共同作者、羅丹實驗室的講師和研究助理Shogo Hamada解釋道。

「即使從簡單的設計，我們也能夠創造出像賽車這樣的複雜行為。人工新陳代謝可以開啟機器人領域的新陣線。」

研究人員認為，所產生的物質持續了兩個合成和降解循環，但壽命可以延長。Hamada表示，這可能會產生更多代的材料，最終形成「逼真的自我複製機器」。

他還預見到該系統可能導致「自我進化的可能性」。

而下一步，工程師們正在研究如何讓這種新型DNA對刺激做出反應，並能夠自己尋找光線或食物。他們還希望它能夠避免有害的刺激。

這項材料學的突破目前發表在《科學·機器人學》雜誌（Science Robotics ）上，標題為「「能進行人工新陳代謝驅動型緊急運動行為的動態DNA材料」（Dynamic DNA Material With Emergent Locomotion Behavior Powered by Artificial Metabolism）。

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