揭開(kāi)“五竹叔”的眼罩

Xenobot？你在說(shuō)什么？你確定你說(shuō)的不是Xenomorph（異形）？

前段時(shí)間，活體機(jī)器人Xenobot論文的發(fā)表，曾一度引發(fā)了話題熱度，仿佛科幻世界的大門(mén)離我們又近了一步?！叭祟?lèi)終于創(chuàng)造了電影中的異形?！薄芭硕嗬Ш薪K于被打開(kāi)，人類(lèi)在作大死的方向上又進(jìn)了一步?！薄疤昧?，我的‘五竹叔’終于來(lái)了！”

打住！我們承認(rèn)《異形》里的外星生物會(huì)引發(fā)人的身心戰(zhàn)栗，而《慶余年》里皮膚吹彈可破、戰(zhàn)斗力爆表、又酷又萌還忠心不二的“五竹叔”很有吸引力?？伞癤enobot”跟他們截然不同。

那它究竟是個(gè)啥？人造人嗎？未來(lái)的智人？對(duì)不起，恐怕你想多了。

由來(lái)自美國(guó)佛蒙特大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)家和塔夫茨大學(xué)生物學(xué)家共同組成的科研團(tuán)隊(duì)，于2020年1月13日在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊上發(fā)表了一篇關(guān)于人類(lèi)首次研制出的“活體機(jī)器人”的頂級(jí)研究（Ascalablepipelinefordesigningreconfigurableorganisms）。期刊論文中表明，被起名為Xenobot的機(jī)器人就是那么一種通過(guò)提取非洲爪蟾胚胎中的兩種細(xì)胞（心肌細(xì)胞與表皮細(xì)胞），然后進(jìn)行必要的培育操作，最終通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真模擬的方式組裝成不同形態(tài)的可編程化有機(jī)體結(jié)構(gòu)。

沒(méi)錯(cuò)，你沒(méi)有看錯(cuò)，有機(jī)體！既不是什么智能機(jī)甲，也不是具有真人樣貌的機(jī)器，更說(shuō)不上高智慧的怪物，把大象裝進(jìn)冰箱攏共分三步，組裝一架Xenobot其實(shí)也僅僅需要四個(gè)步驟：

（1）提取：提取爪蟾胚胎心肌細(xì)胞（作為腿）與表皮細(xì)胞（骨架身軀）

（2）培育：整個(gè)培育過(guò)程其實(shí)可以分成好多步驟，但根本上還都是生物細(xì)胞培育的不同工序。

（3）模型設(shè)計(jì)智能計(jì)算：用計(jì)算機(jī)算法來(lái)完成對(duì)Xenobot的形態(tài)以及組裝模型的設(shè)計(jì)工作。

（4）組裝：根據(jù)模型計(jì)算出的合理設(shè)計(jì)組裝“機(jī)器人”，當(dāng)然還包含后續(xù)的校對(duì)工作。

反觀以上四大步驟，除卻第三步，其他幾個(gè)核心步驟其實(shí)都是傳統(tǒng)的生物科研技術(shù)，與我們一貫的人工智能研發(fā)相距甚遠(yuǎn)。

如此一來(lái)，Xenobot的定義與其說(shuō)是“活體機(jī)器人”，不如說(shuō)是基于機(jī)器算法設(shè)計(jì)改造的生物活體。那么我們不由得會(huì)想起另一種科幻作品里的常見(jiàn)形象——賽博格了。一個(gè)搭載了機(jī)械的改造人，Xenobot會(huì)不會(huì)是他的初代或者前身呢？我們不妨結(jié)合機(jī)器人研發(fā)的特點(diǎn)來(lái)一窺究竟。

真正意義上的機(jī)器人一詞以及世界史上第一臺(tái)機(jī)器人（工業(yè)機(jī)器人）的問(wèn)世也就是近幾十年的事，但對(duì)于類(lèi)機(jī)器人的幻想?yún)s可以追溯至3000多年以前——我國(guó)最早記載的偃師伶人;1800年前張衡發(fā)明的記里鼓車(chē);公元前2世紀(jì)由希臘人發(fā)明的自動(dòng)機(jī)……

回顧這些古老的發(fā)明甚至于傳說(shuō)，可以總結(jié)出：機(jī)器人技術(shù)研發(fā)的核心在于功用。那么Xenobot是否具備這一點(diǎn)呢？根據(jù)論文內(nèi)容推想，大致有這么一些方向——

醫(yī)用：一個(gè)這樣的微觀機(jī)器人的誕生勢(shì)必會(huì)影響到傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。原因很簡(jiǎn)單：它是生物的，它又是足夠的?。▋H有1毫米大小）。雖然已經(jīng)有很多非生物性質(zhì)的微觀機(jī)器人（比如納米機(jī)器人）已經(jīng)應(yīng)用于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)，但這些先輩們無(wú)一不存在著一種弊端——那就是它們的非生物特性讓它們很難被降解，很容易產(chǎn)生各種排斥反應(yīng)。但Xenobot可以說(shuō)完美地解決了這個(gè)問(wèn)題，它的生物性可以與生物機(jī)體有機(jī)結(jié)合;它的無(wú)儲(chǔ)能性令它一旦耗光自身能源便會(huì)自我毀滅，轉(zhuǎn)變成一坨有機(jī)細(xì)胞，輕易便可以被降解代謝掉。未來(lái)，我們可以利用Xenobot深入到血管組織，解決阻塞問(wèn)題;也可以利用其可編程性準(zhǔn)確輸送藥物到達(dá)指定位置，甚至于精準(zhǔn)定位癌細(xì)胞……

環(huán)保與安全：Xenobot有機(jī)體本身具備自運(yùn)動(dòng)以及水環(huán)境探索能力，可以利用其特性進(jìn)行海洋微生物清除以及應(yīng)用于尋找危險(xiǎn)化合物和放射性污染物等領(lǐng)域。而自降解特性也使得其在完成相關(guān)功用后可與自然環(huán)境有機(jī)結(jié)合，不會(huì)造成二次污染。

這樣看來(lái)Xenobot的的確確具備了機(jī)器人的基本特性，那么我們接下來(lái)深入它建造過(guò)程中與計(jì)算機(jī)技術(shù)關(guān)聯(lián)最緊密的一個(gè)步驟——算法，來(lái)看看它與傳統(tǒng)的機(jī)器人有什么異同。

Xenobot的形態(tài)以及組裝模型，是通過(guò)運(yùn)行在超級(jí)計(jì)算機(jī)上的模型計(jì)算算法得出的結(jié)果。而計(jì)算的算法完全遵循于進(jìn)化規(guī)律，這是一種區(qū)別于人工智能領(lǐng)域的“機(jī)器學(xué)習(xí)”（腦神經(jīng)模擬）的全新算法——進(jìn)化搜索算法。

要知道，傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法與應(yīng)用主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)大量學(xué)習(xí)樣本（歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)）進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，增加模式識(shí)別準(zhǔn)確的一種算法，這主要是從腦神經(jīng)角度演化推導(dǎo)出來(lái)的一種算法（當(dāng)然現(xiàn)如今更加流行的基于大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)算法其實(shí)也是機(jī)器學(xué)習(xí)不斷演化出的另一種機(jī)器識(shí)別方式）;但本次研究所用到的進(jìn)化搜索算法完全是脫離開(kāi)腦神經(jīng)學(xué)依據(jù)的一種生物學(xué)進(jìn)化算法，該算法的核心在于充分利用了計(jì)算機(jī)的高計(jì)算性能，將數(shù)百種隨機(jī)設(shè)計(jì)形態(tài)進(jìn)行演化與模擬運(yùn)算，找出最符合進(jìn)化與功用目的的設(shè)計(jì)形態(tài)。淘汰掉表現(xiàn)不佳的結(jié)果，保留最優(yōu)結(jié)果。整個(gè)過(guò)程看似簡(jiǎn)單，就像是“吃雞”一樣的游戲方式。但這樣的計(jì)算方式需要計(jì)算機(jī)具備足夠強(qiáng)大的運(yùn)算效率以及足夠多的進(jìn)化理論樣本，好在近些年計(jì)算機(jī)信息化也同樣在飛速地發(fā)展，摩爾定律①?zèng)Q定了我們對(duì)于這樣的運(yùn)算，終會(huì)達(dá)到一個(gè)非常理想的狀態(tài)。

但這里要特別提到的就是，并不是說(shuō)進(jìn)化搜索算法與機(jī)器學(xué)習(xí)算法相比一定是更高級(jí)的，它們完全是兩個(gè)不同的領(lǐng)域，一個(gè)是在模擬人腦神經(jīng)識(shí)別事物規(guī)律，一個(gè)是在找尋生物（目前還是單細(xì)胞生物）基礎(chǔ)構(gòu)造與進(jìn)化規(guī)律。而且從整個(gè)人工智能領(lǐng)域來(lái)看，這種進(jìn)化規(guī)律的計(jì)算反倒是更加低級(jí)的（無(wú)須自我學(xué)習(xí)，只需按仿真模擬進(jìn)行淘汰篩選）。

拼功用略有優(yōu)勢(shì)，拼算法稍遜風(fēng)騷，一層層解開(kāi)了遮眼布的Xenobot是不是讓你感到有點(diǎn)失望了呢？別急，也許看看它的特性會(huì)給我們帶來(lái)一些驚喜。大體而言，Xenobot凸顯了四類(lèi)亮眼的特性——

生物性：組建材料來(lái)自于生物細(xì)胞，擁有全生物機(jī)體的構(gòu)造，自然與其他生物體可以完美有機(jī)結(jié)合，可以完美避免生物免疫系統(tǒng)的排異反應(yīng);無(wú)毒無(wú)害;本身能源耗盡后不可再生，完成基本功用后可以自動(dòng)降解，節(jié)能又環(huán)保。

可自愈性：研究表明，這種全新的生物人工結(jié)構(gòu)具備完善的自愈特性，甚至于在研究者去主動(dòng)破壞其結(jié)構(gòu)之后，該有機(jī)體可以在短時(shí)期內(nèi)完好復(fù)原——天生的熵減特性。這是一項(xiàng)不可思議的發(fā)現(xiàn)，至少在未來(lái)的人造醫(yī)學(xué)器官方向找到了一種可能。

可重構(gòu)性：Xenobot直接翻譯其實(shí)是“可重構(gòu)生物”——具備千變?nèi)f化的組裝方式，而拼出來(lái)的每個(gè)個(gè)體都是獨(dú)立的生物體，其功用也便可以隨著自己的拼接方式與形態(tài)而各異。這有點(diǎn)兒類(lèi)似《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中那種微型磁性可重構(gòu)機(jī)器人群。它們就像是樂(lè)高玩具，可以隨時(shí)幻化成各種計(jì)算機(jī)指令給予的萬(wàn)般形態(tài)，完成指定的動(dòng)作與功效。

蟻群特性：組裝好的生物機(jī)體完全是一種被編程好的自主運(yùn)動(dòng)個(gè)體，Xenobot的個(gè)體本身是不具備任何神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的，單獨(dú)的個(gè)體運(yùn)動(dòng)不具備任何傾向性。但群體的Xenobot卻表現(xiàn)出了一種特有的協(xié)作特性，它們就像是被蟻后所指引，集體傾向于多數(shù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。就像凱文·凱利在《失控》中提到的：“未來(lái)機(jī)器人將按照‘無(wú)中心分布式系統(tǒng)’模式來(lái)運(yùn)行，大量‘愚蠢’的個(gè)體在分工的情況下完成高難度的行為。” Xenobot就是遵循了這樣一種“蟻群”式的導(dǎo)向。群體智慧的運(yùn)用會(huì)令未來(lái)的人工智能實(shí)現(xiàn)宏觀的“萬(wàn)能”，它們可以在所需要應(yīng)用的領(lǐng)域內(nèi)無(wú)所不能。

綜合以上特性，雖然目前看起來(lái)比較低階，但隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，Xenobot在未來(lái)也可以譜寫(xiě)一段足以超越任何科學(xué)作品的傳奇。

好了，在層層抽絲剝繭后，我們?cè)賮?lái)重新審視一下這位站在我們面前的非典型機(jī)器人。比起異形，它連神經(jīng)元都不具備，距離產(chǎn)生那個(gè)叫作“自主意識(shí)”的形而上的未知物質(zhì)相去甚遠(yuǎn);比起“五竹叔”一樣的仿生機(jī)器人，它并沒(méi)有一塊內(nèi)置程序芯片，也沒(méi)有一副鋼筋鐵骨和人工合成材料的仿生皮膚;比起賽博格，它的生物體改造并沒(méi)有拼接金屬元素，沒(méi)有大刀闊斧的朋克式整容，更多的是一種基于生物內(nèi)在的推演。也許這樣的Xenobot少了幾分神秘色彩，與我們既期待又畏懼的科幻未來(lái)想象有不少偏差，但這并沒(méi)有削減它問(wèn)世的劃時(shí)代意義。它是由生物科研團(tuán)隊(duì)與計(jì)算機(jī)人工智能團(tuán)隊(duì)跨界合作的科研產(chǎn)物。是兩個(gè)團(tuán)隊(duì)在傳統(tǒng)生物技術(shù)和人工智能領(lǐng)域的全新嘗試。而且目前得出的結(jié)論也證明，該嘗試是成功的、是具備無(wú)限可繼續(xù)深化研究方向與可能的全新方法論。相信在不遠(yuǎn)的未來(lái)，Xenobot會(huì)繼續(xù)不斷地被深度挖掘，演化出更多我們所想象不到的智能化工具，為人類(lèi)在整個(gè)智慧應(yīng)用領(lǐng)域貢獻(xiàn)一份力量。

【責(zé)任編輯：艾珂】

①集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，決定了計(jì)算機(jī)運(yùn)算性能的不斷提升。