自然に学ぶ研究事例
第37回 最終回 | 粘菌に学ぶ人工物の設計 |
真正粘菌は、胞子で繁殖し、発芽したものが癒合して複雑な網目状の変形体を形成する。分類上は、動物にも植物にも属している。左右7枚の写真は、粘菌がエサ(各写真中央)に向かって移動し、さらにエサを探して広がっていく様子。中央7枚は、障害物を避けて移動するモジュラーロボットの実験機。 写真提供(粘菌):北海道大学電子科学研究所 中垣俊之氏
現在、開発されているロボットのほとんどは、綿密な構造設計とプログラミングによって、コンピュータで完全制御され動いています。しかし、高精度がゆえに稼働環境の変化に対応できず、制御に失敗したり故障することも少なくありません。そうしたなか、特別な制御システムを使わず、環境の変化にゆるやかに対応できるロボットの開発が始まりました。単純で原始的な生物、粘菌の「生存脳機能」に着目した、変幻自在に動くロボットです。生き残っていくために必要な根源的な知能、それが「生存能機能」であり、その発現のメカニズムをまねてロボットを動かそうという試みです。
森などで暮らす真正粘菌は、変形体と呼ばれるアメーバ状の塊を形成し、エサや光に反応して、体の形を自在に変化させながら這うように移動します。神経系をもたない粘菌が、刺激に対応してなぜこのような行動ができるのでしょうか。その秘密は、実は、細胞内のリズム体という化学時計にありました。粘菌の細胞内には化学時計がいくつも存在しています。そして、それぞれの時計が刻むリズムは、相互作用によって同調して体の収縮運動を引きおこし、その繰り返しのパターンが波のように全身に伝わり、“動き”が生まれるのです。
リズム振動子によって手足を伸縮させる単純な機械ユニット(モジュール)をつなげたモジュラーロボットは、状況によって隣同士のモジュールがくっついたり、離れたりしながら、全体がまとまるためのゆるい制御をかけることで、1つの塊として動きます。光の刺激に向かって、障害物を避けて回り込み、あるいはモジュールの間に取り込み、粘菌アメーバのように変形しながら前進していきます。
そしてこの研究は、細胞に見られるように、自己修復・自己形成するロボットの開発へ発展していく可能性を秘めています。単細胞生物の知と体の仕組みを上手く利用することで、変幻自在に動く、生物に近いロボットの誕生が期待されているのです。
石黒章夫 教授 / 清水正宏 助教 東北大学大学院 工学研究科 根源的な「知」の創発を利用し、打たれ強い人工物をつくる |