2020年，生物學家邁克爾·萊文和他的同事報告說，他們透過將細胞簇塑造成微小的人工形態，製造出了“生物機器人”，這些機器人可以在表面“行走”。萊文的團隊認為，這些實體，他們稱之為異種機器人，因為它們是由非洲爪蟾非洲爪蟾的皮膚和心肌細胞製成的，可以被認為是一種新型生物。當研究人員在一年後表明，異種機器人可以從青蛙的皮膚細胞中自發組裝並表現出多種行為（在液體中游動時）時，這一說法可能變得更具說服力。
一些研究人員認為，這種行為在兩棲動物的細胞中並不那麼令人驚訝，因為兩棲動物以其在受損時再生身體部位的能力而聞名。但現在，萊文和他在塔夫茨大學的同事在先進科學雜誌上報告說，他們用人體細胞製造了類似的“類機器人”實體。他們稱之為生物機器人。
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使生物機器人移動的關鍵是，與異種機器人一樣，它們的表面覆蓋著稱為纖毛的毛髮狀蛋白質附屬物，這些纖毛來回擺動並推動結構體在流體中移動。為了真正到達任何地方，纖毛都必須以協調一致的方式一起跳動。
生物機器人不僅可以游泳，而且似乎還具有獨特的形狀和行為模式——就像同一物種生物中的菌株或群體。塔夫茨大學的團隊報告說，生物機器人似乎能夠在其他人體細胞層中誘導一種基本的傷口癒合形式，從而提高了在醫學中應用它們的可能性。
一些科學家聲稱，這些人體細胞團塊（如最初的異種機器人）的重要性被誇大了；他們質疑這些自發形成的實體是否真的可以被視為一種“機器人”。有些人認為，青蛙細胞可以形成可以移動的小團塊，這沒有什麼特別新穎或令人驚訝的。“總的來說，非洲爪蟾胚胎界瞭解這些細胞的人真的看不出有什麼大驚小怪的，”愛丁堡大學的發育生物學家傑米·戴維斯說，他沒有參與萊文2020年的研究或他最近的研究。他同樣對人體細胞簇（如這些細胞簇）會移動感到不驚訝。
但萊文認為，這裡的關鍵是視角的轉變。與其將細胞簇視為可用於研究人類生物學的小組織塊，不如將它們視為具有自身特徵的類生物實體，具有特定的形狀和行為，可以作為醫療和其他應用的“生物機器人平臺”使用——例如，透過系統地修改這些特徵以獲得一些有用的行為，例如修復體內受損組織。
生物機器人生長成獨特的形狀，並且表面纖毛分佈，使其能夠以不同的模式移動。運動模式可以用於不同的目的，例如移動到傷口或懸停在傷口上方。圖片來源：Gizem Gumuskaya 等人，“運動型活體生物機器人由成人人體體細胞祖細胞自我構建”，先進科學，2023年11月30日
萊文說，更根本的是，生物機器人透過展示人體細胞不僅可以自發構建人體組織和器官，還可以構建自然界從未產生過的完全不同的結構，從而讓人瞥見人體細胞可用的“形態空間”。“我們正在探索形態空間的各個方面，”他說。“進化為您提供了少量變異，但實際上還有更多。”細胞和組織發展不同型別結構的能力稱為可塑性。
生物機器人的直徑在 30 到 500 微米之間，能夠存活長達兩個月，它們由取自成人人體肺組織的細胞製成。這種組織天然地在其表面具有纖毛，纖毛來回擺動以輸送粘液，粘液可以吸收並清除吸入空氣中的碎屑。（相比之下，青蛙皮膚上的纖毛移動粘液以保持皮膚溼潤。）
人們早已知道，這種型別的組織可以聚整合纖毛團塊。從 2010 年代初期開始，一些論文報告說，這種聚集體（通常稱為類器官）可用於研究肺功能。在其中一些類器官中，纖毛指向中空的內部空間，就像人體氣道的支氣管一樣。但在過去幾年中，研究人員還發現大致呈球形氣道細胞簇（球狀體）生長時纖毛從其表面向外突出，就像生物機器人一樣。
由於之前的工作關注的是將類器官作為人體呼吸系統的模型，因此它沒有包括對細胞結構行為的任何研究。總的來說，這些研究將氣道球狀體嵌入並固定在富含蛋白質的凝膠（稱為基質膠）中。“我們的主要目標是開發一種氣道類器官系統，用於識別治療囊性纖維化（一種先天性肺病）的潛在藥物療法，”加州大學舊金山分校的病理學家沃爾特·芬克拜納說，他是早期研究的作者之一。
相比之下，萊文的團隊希望將球狀體解放出來。“棘手的步驟是輕輕溶解基質膠，以便去除凝膠中的蛋白質，但不要去除將機器人固定在一起的蛋白質，”新論文的第一作者塔夫茨大學的吉澤姆·古穆斯卡亞說。她說，之前製造氣道球狀體的三種方法中的兩種是透過在小孔中塑造它們而不是像她的團隊那樣允許它們自組裝來塑造細胞簇的，從而探索細胞固有的可塑性。她補充說，後一種方法使球狀體的製造速度更快、效率更高。
生物機器人可以自發融合在一起形成更大的結構，稱為超級機器人，它已證明具有促進神經元生長的能力。圖片來源：Gizem Gumuskaya 等人，“運動型活體生物機器人由成人人體體細胞祖細胞自我構建”，先進科學，2023年11月30日
塔夫茨大學團隊面臨的首要挑戰將是說服其他人相信生物機器人是獨立的實體，具有細胞集體“尋求”的形狀和行為，而不僅僅是看起來表面上像微生物的有點隨機的人體組織碎片。
戴維斯曾與萊文共同撰寫了一篇關於合成形態學的評論文章，他認為最初的異種機器人工作引起了一些興趣。但他對人體細胞簇可以用纖毛“游泳”感到不以為然。他說，一旦球狀體從凝膠基質中釋放出來，如果你有跳動的纖毛，那幾乎是不可避免的。他說，這僅僅是牛頓力學，純粹是一種偶然的功能，並補充說，“我看不出這些帶有擺動纖毛的細胞團塊如何能稱得上‘機器人’。”
生物技術公司 STEMCELL Technologies 的 Salvatore Simmini 和 Jenna Moccia 也培養了人體氣道類器官，他們認為這些類器官的行為說明了構成它們的細胞的生物學功能。Simmini 和 Moccia 說，如果在纖毛向外方向的類器官中保持將粘液掃出氣道的纖毛的協調運動，那麼纖毛將充當微小的槳，推動細胞簇在液體中移動。
然而，萊文和他的同事們認為，這些運動不僅僅是隨機的。在統計分析了數百個生物機器人的運動後，他們說，這些機器人似乎可以分為不同的類別。在一組中，結構體——小的且或多或少呈球形——表面佈滿纖毛，並且往往根本不移動。另一組具有更不規則的——有點像土豆形狀——結構體，這些結構體僅部分被纖毛覆蓋。它們的區別在於纖毛緊密地聚集在一個區域，導致它們以圓形路徑游泳，或者纖毛更鬆散地分散，使其直線運動。
研究人員說，這些形態和行為型別中的每一種都可以被認為是細胞群體的固有目標結構——有點像人體不同的組織型別或器官。
“以前從未展示過的是這些東西對其他細胞的影響，”萊文補充道。當研究人員將生物機器人在培養皿中生長的平面人體神經元層上漫遊，而該神經元層已被劃痕損壞時，他們發現機器人將幫助神經元在間隙中重新生長。這不僅僅是因為生物機器人提供了兩個邊緣之間的被動橋樑，因為小塊惰性多糖凝膠沒有相同的效果。
“我們不知道這種機制，這也是我們試圖弄清楚的事情之一，”古穆斯卡亞說。“但我們知道這不僅僅是機械作用。”萊文懷疑生物機器人正在向劃痕邊緣的神經元傳送訊號——可能是生化訊號——以鼓勵它們生長到間隙中。
“找到這種能力是我們首先研究的事情之一，”萊文說。“這告訴我，可能還有許多其他可能性，而這僅僅是冰山一角。這開啟了使用這些構建體以多種其他方式影響其他細胞[在活生物體或實驗室培養皿中]的可能性。”古穆斯卡亞希望在人類神經退行性疾病模型（例如模擬大腦的神經元類器官）中尋找類似的“治療”行為；萊文建議生物機器人可能用於幫助修復受損的視網膜或脊髓。但這些想法目前仍完全是推測性的。