图片说明：Waren Ruder用数学模型演示了细菌能控制机器人这种无生命装置的行为。图片来源：Virginia tech

 

《星际迷航》里瓦肯人的心灵融合已经过时，细菌才是思维控制技术的下一个前沿。自然出版集团（Nature Publishing Group）旗下的《科学报告》（Scientific Reports）于2015年7月16日发表了一篇论文，论文阐述了一位来自弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech）的科学家使用数学模型演示了细菌能控制机器人这种无生命装置的行为。

 

弗吉尼亚理工大学生物系统工程学的副教授Ruder说：“我们发现机器人确实能够配上大脑。我们想从数学模型上知道能不能在无生命宿主上造出活体微生物，然后用微生物控制宿主。”为了下一步实验，Ruder正在制造真正的机器人，该机器人能用微型荧光显微镜读取大肠杆菌的细菌基因表达水平。机器人将响应他在实验室开发出的细菌。

 

从更广泛的角度来看，理解生物体之间的生化传感将对生态学、生物学和机器人学产生深远影响。农业方面，细菌机器人系统能推动土壤细菌和牲畜互动的研究发展。卫生保健方面，更好的理解细菌对肠道生理的控制能开发出以细菌为基础的心理和身体疾病治疗方案。Ruder还想到了用机器人执行任务，例如部署细菌治理石油泄漏。研究结果还对人体细菌的研究做出了贡献，这些研究的重点是人体内被认为能调节健康和情绪的细菌，尤其是影响行为的细菌。

 

这项研究由真实的实验启发，这些实验包括用细菌控制果蝇的交配行为，还有给小鼠植入益生菌缓解压力。Ruder的方法揭示了一种独特的决策行为，即通过细菌机器人系统结合并计算模拟已被广泛接受的公式，这些公式包括三个不同的元素：被改造的大肠杆菌基因电路、微流体生物反应器和机器人动作。

 

数学实验中的细菌通过变绿或变红体现基因电路，细菌吞噬的物体决定它们的颜色。在数学模型中，理论上机器人配有传感器和微型显微镜来测试细菌的颜色，根据色素和颜色浓度告诉机器人目的地和前往目的地的速度。模型还揭示了令人惊奇的高阶功能。例如，细菌在指导机器人前往更多食物时，机器人在最后行动前短暂停滞，这是跟踪猎物的高级动物的典型捕食行为。

 

Ruder的模型研究还说明未来这种生物合成实验仅用少量资金就能成功，这对更多的研究人员敞开了大门。科学研究空军办公室（The Air Force Office of Scientific Research）赞助了大肠杆菌基因电路的数学建模，弗吉尼亚理工大学学生工程师理事会（Student Engineers' Council）出资把这些模型和移动机器人作为教具投入课堂。

 

Ruder与研究生物燃料合成的植物工程学博士生Keith Heyde共同进行了这项研究。Ruder说：“我们希望能用这个模型为全球的学生和研究人员普及合成生物领域，现在的课堂已经普及了初级机器人和大肠杆菌。未来，人们可以用这个模型把这两者结合起来，从小学到博士研究都能用它教授与其他生物的细菌关系。”（募格首译，译审：F Cheng）

 

原文网址：http://phys.org/news/2015-07-scientist-robots-bacteria-controlled-brains.html