科学家打造出DNA“类生命材料”：用在类人软机器人上 可新陈代谢、自我组装和繁殖

技术的创新，在未来的某天也许会把栩栩如生的类人机器人带到我们的面前。

据悉，康奈尔大学的科学家们创造了一种“类生命材料”，具有新陈代谢机制，可以自我组装、自我繁殖等三个关键的生命特征。

DNA类人机器人的原理（图源：Science Robotics）

工程师们能够通过使用DNA来实现这一壮举，以便用具有生命特征的生物材料来制造更接地气、灵活和智能的AI机器。

科学家们将他们利用这种工艺打造的材料称为“基于DNA的装配和合成的分层”（DNA-based Assembly and Synthesis of Hierarchical，DASH）材料。这些具有新陈代谢功能的DNA材料，在经过一系列的化学反应与处理之后，可以将食物转化为维持生命所必需的能量。

科学家的目标不是创造一个生命形态，而是一个具有逼真类人特征的机器。生物和环境工程教授罗丹（原文Dan Luo，音译）指出：“我们不是在创造一些活着的东西，但我们正在创造比以往所见更加逼真的材料。”

这里的主要创新是编程到DNA材料中的程序化、变成花代谢。新陈代谢和自主再生的指令使材料能够自行生长。

在他们的论文中，科学家将新陈代谢描述为一种系统，通过该系统，“使用生物过程以受控的，分层的方式自主地合成、组装、消散和分解包含生命的材料。”

为了继续前进，生物体必须能够产生新细胞，同时丢弃旧细胞和废物。正是这个过程，康奈尔大学的科学家们使用DASH进行了复制。他们设计了一种生物材料，可以从纳米级构建块中独立出现。它可以先将自身排列成聚合物，然后进入中等尺度的形状。

材料中的DNA分子被复制数十万次，产生长度为几毫米的重复DNA链。将具有这些反应的溶液注入到促进生物合成的特殊微流体装置中。

这种流动渗透了材料，导致DNA合成自己的“链”（从55个核苷酸碱基的DNA分子增殖形成几毫米长的DNA水凝胶）。这种材料甚至有自己的运动，前端生长，而尾端则降解，从而使其不断向前蠕动。

这一事实使得研究人员可以让部分材料相互“竞生”。虽然这种“类生命材料”是第一次实现，还处于雏形阶段，但已经能够自发形成有层次、有组织的形状，并能自主地逆流运动，甚至和另外的“类生命材料”赛跑。

“这些设计仍然是原始的，但他们展示了从生物分子中创造动态机器的新途径。我们迈出了通过人工新陈代谢来构建逼真机器人的第一步，”该论文的主要和共同作者、罗丹实验室的讲师和研究助理Shogo Hamada解释道。

“即使从简单的设计，我们也能够创造出像赛车这样的复杂行为。人工新陈代谢可以开启机器人领域的新阵线。”

研究人员认为，所产生的物质持续了两个合成和降解循环，但寿命可以延长。Hamada表示，这可能会产生更多代的材料，最终形成“逼真的自我复制机器”。

他还预见到该系统可能导致“自我进化的可能性”。

而下一步，工程师们正在研究如何让这种新型DNA对刺激做出反应，并能够自己寻找光线或食物。他们还希望它能够避免有害的刺激。

这项材料学的突破目前发表在《科学·机器人学》杂志（Science Robotics ）上，标题为““能进行人工新陈代谢驱动型紧急运动行为的动态DNA材料”（Dynamic DNA Material With Emergent Locomotion Behavior Powered by Artificial Metabolism）。