自然に着想を得たロボット工学は、最近注目の分野です。ゴキブリ、サンショウウオ、チーター、ウミヘビなどを模倣したロボットについて、私たちはこれまでにも報じてきました。つまり、生き物なら、誰かがロボット版を作ろうとしているということです。ですから、アカエイに着想を得たロボットは、似たようなもののように聞こえるかもしれません。しかし、そうではありません。
ハーバード大学生物工学応用科学部の研究者によって開発されたこの小型遊泳ロボットは、ラットの筋細胞を動力源としており、ロボットと生体組織を組み合わせたバイオハイブリッドマシンです。これまでの「バイオボット」プロジェクトでは、生体アクチュエータを用いて運動を生み出してきました。しかし、国際的な学際的な科学者チームによって開発されたこのバイオロボティック・スティングレイは、光によって作動する複雑な推進機構によってこの分野を前進させ、障害物を回避できるようにしました。そして、これはこのロボ・スティングレイの特別な点のほんの一部に過ぎません。
「私たちが実際にやっているのは、ロボット工学のツールを使って心臓を理解することです」と、ハーバード大学のキット・パーカー教授はポピュラーサイエンス誌に語った。パーカー教授は心臓生理学者であり、この野心的なプロジェクトを考案した人物でもある。彼の長期的な目標は、このロボットエイの技術を用いて、心臓病の子供たちのために人間の心臓全体を構築することだ。
パーカー氏のひらめきは、ニューイングランド水族館で娘がエイを撫でようと手を伸ばした瞬間に訪れました。するとエイは逃げ去ってしまいました。彼はすぐに、疾患生物物理学グループのポスドク研究員、ソンジン・パーク氏のもとへ行き、計画を伝えました。「私はこう言いました。『エイを作ろう。ネズミから作る。光誘導式にするんだ』と」とパーカー氏は言います。「彼の顔には恐怖と悲しみが浮かんでいました。私がこれがうまくいくと思っていたことへの恐怖と、彼がメンターとして私にキャリアのすべてを賭けていたことへの悲しみでした」
1年かかりましたが、ついにパークを説得して実現させました。「彼は私の夢の実現者です」とパーカーは言います。
アカエイは、科学者やエンジニアから高く評価される泳ぎ方をします。数年前、私たちはアカエイの動きがどのように分析され、より優れた潜水艇の設計に役立てられたかについて記事を書きました。アカエイの優れた泳ぎの秘密は、平らで丸い体型、胸鰭の波打つような動き、そして「前縁渦」と呼ばれる、鳥類が推進力を得るのと同じ力を生み出すことです。
この複雑な動きを再現するために、パーカー率いる学際的なチームは、様々な技術と素材を結集する必要がありました。パーカー氏の言葉を借りれば、「これはひとつまみのネズミ、ひとつまみの乳房インプラント、そしてひとつまみの金でできているのです」。
彼は冗談を言っているのではない。
研究チームは、透明で弾力性のあるポリマー（前述の「乳房インプラント」）の層からロボットエイの体の構築を開始した。次に、ラットの心臓細胞を青色光の閃光に反応するように遺伝子コード化し、エイの「ひれ」に沿って細胞を蛇行状に配置した。これらの筋肉によってひれは下方に曲がるが、元の位置に戻ることを確実にするため、研究チームはアカエイの生理機能をリバースエンジニアリングし、金でできた骨格を作成した。パーカー氏によると、「細胞は人間と同じように金を好む」からだ。最後のポリマー層で、バイオハイブリッドエイが完成した。全長わずか16ミリ、重さわずか10グラムのこの小型ロボットは、尻尾の付いた透明なコインのような見た目だった。
研究者たちは、ラットの細胞に栄養を与えるために糖分を含んだ生理食塩水にこの小さなバイオボットを入れ、青色光のパルスを照射した。ラットの筋肉は蛇行パターンに沿って順次収縮し、生きたアカエイの遊泳動作を模倣した波紋効果を生み出した。そして最も重要なのは、ロボットを前進させることだった。非対称のパルスを照射することで、研究者たちはロボットを障害物を回避することに成功した。
パーカーは、このプロジェクトの大半の作業と、彼の突飛なアイデアに賛同してくれたソンジン・パクに感謝している。「『そう言っていたでしょ』と言うことで、大きな成果を得ています」
パーカー氏にとって最大の進歩は、ロボット光線の細胞がアクチュエーターとセンサーの両方の役割を果たすことであり、これは完全な心臓を作るという彼の目標に向けた大きな一歩だ。しかし、このプロジェクトに携わった他の人々は異なる見方をするかもしれない、と彼は言う。それがこの種の学際的科学の素晴らしさなのだ。
「4人が同じ芸術作品を鑑賞すると、それぞれ異なる解釈が生まれます。この科学も同じです」と彼は言う。「心臓生物学者は心臓の構造について、海洋生物学者はアカエイの動きについて、そしてロボット工学者は細胞を建築材料としてどのように活用できるかについて、それぞれ異なる解釈をします。」
そして、残りの私たちは、信じられないほど、そして美しい、自然の模倣を見るかもしれない。小さなネズミ、乳房インプラントのタッチ、金の粒 ― これらすべてが、バイオロボットの魔法のように組み込まれている。
