7月17日，美国国家科学基金会（NSF）发布2018年研究与创新新兴前沿项目指南[1]，将提供共计2600万美元的资助，以支持“染色质和表观遗传工程”和“连续型、柔性和可配置的软体机器人工程”（C3 SoRo）这两大新兴前沿领域的研究，获资助项目最多可达13项。项目研发目标和内容具体如下所示。

1、染色质和表观遗传工程。虽然DNA以其线性序列编码遗传信息，为蛋白质组装提供了蓝图，但是基因表达仍然受核内染色质的空间组织的严重影响。尽管对较高级染色质组织的决定因素知之甚少，但染色质构象可能受到成分大分子（DNA和相关组蛋白）的共价修饰以及染色质动力学、分子拥挤等物理和物理化学相互作用的影响。这种染色质纳米环境可以调节DNA与调控分子（包括转录因子和非编码RNA）的相互作用，从而影响基因表达的全局模式。该方向的目标是开发新的工程方法来研究和调节全局基因表达系统。

理解染色质纳米环境的调控作用有助于生物系统的工程化，为疾病治疗创造新的变革性策略、解决持续的环境问题以及发现新的植物性状以促进农业。具体研发内容可包括：

（1）开发新颖的纳米技术，以操作、成像和测量活细胞中的纳米级染色质结构、动力学和环境，以将分子修饰和相互作用与染色质结构相关联，最终得以表达。

（2）系统级建模，以理解表型的表观遗传控制，整合在生理学上准确的物理化学环境中获得的分子和物理数据。

（3）应用这些工具将所需性状工程化为模型系统，如人类疾病、作物植物、产能微生物或环境敏感生物模型，为模型和技术提供有意义的测试。

2、连续型、柔性和可配置的软体机器人工程。尽管传统的刚性机器人擅长处理在结构化环境中的重复任务，但其在多样性和适应性方面的表现远远低于生物有机体。为了创造出可以实现在动物界所观察到的具备显著功能的“软体机器人”，需要对电力和信息系统进行重新设计，创建新材料并制定新的运动和操纵理论。C3 SoRo旨在创建软体机器人的工程科学。

该项目旨在寻求高度创新的提案，涉及动力学和控制、材料和结构力学、材料工程、形式化设计理论、生物力学和机械生物学、生物医学工程、细胞和生物化学工程、离子运输和电化学、电子和光子学、电路和器件等。项目应包括以下3项研究重点，并在前两项中应至少具备一项明确的创新。

（1）C3机器人动力学建模。研究重点是C3机器人的抽象和理论表征，其目标是制定和验证一系列可计算的动力学数学表示，本质上是适用于从高度保真的仿真、参数化设计到实时运动规划和控制应用的柔性材料和结构。基于这些表征的正式设计理论也很重要。

（2）分布式感知、驱动和计算。研究重点是推进C3机器人实施的关键方面，其目的是创建和实现上述第一项研究中生成模型的设备和架构。这些设备应兼容复杂的、高柔性的和可控制柔性结构的开环和反馈控制，包括分布式计算、感知和驱动方法，以及用于存储和分配动力与信息、组装与集成的方法。与合成材料和活组织混合方法一样，生物启发方法也很重要。

（3）验证和测试。研究重点的目标是制定和展示物理平台，以完成机器人的实验验证、严格概念证明和各种任务和情况下的综合评估。虽然研究人员已经提出了许多针对特定部件的设计方法，但将各种功能的元件整合到实际系统中几乎没有进展。为了鼓励研究成果的广度、相关度和鲁棒性，该方向需要对上述两项研究的要素进行论证，整合在一个鲁棒的测试平台中，并能在非理想条件下完成说明性目标。这样的系统应能实现在大量形态变化下仍维持功能的主旨目标。相关硬件研究应确定具有系统级功能的集成软体机器人解决方案的可行途径。 （田倩飞）