Published: 2022-03-29 12:02

光を動力源に水中を進む「マリモロボット」の実力

淡水に生息し、球状の集合体をつくることで有名な緑藻のマリモ。名前を聞いて北海道の阿寒湖などの湖底に静かに沈んでいる姿を思い浮かべる人も多いだろう。そんなマリモを動力源に水中を移動する生体ロボットを、英国のある研究チームが開発した。

【動画】10cm程度の障害物を“飛び越える”様子

このチームが注目したのはマリモの光合成だ。マリモは光を浴びると酸素を放出するが、これがマリモにくっついて浮くことがある。そこでチームは放出される酸素を閉じ込め、それをロボットの動力源にできないかと考えた。

完成した「マリモ・アクチュエーター・ローバー・システムズ（MARS）」は、3Dプリントされた直径2cmほどの特殊なカプセルの中にマリモを入れたシンプルなローバーだ。カプセルには通気孔が開いており、内部に空気が一定程度たまると、この穴から放出されるようになっている。光合成によってマリモが酸素を放出すると、それを動力源としてローバーが転がって進むという仕組みだ。なお、気泡は光が当たる面の反対側にある通気孔から放出されるよう計算されつくられているという。

それゆえ、このローバーには障害物を“飛び越える”能力もある。障害物に当たってローバーが静止すると通気孔がふさがれ、中に酸素がたまって浮くのだ。一度浮くと再び通気孔から酸素が放出され、ローバーは水の底に沈み移動を続けることになる。この仕組みによって、10cm程度の壁を乗り越えられることが実験で確認されたという。

「マリモはセンサーとしてもアクチュエーターとしても使えるので、これらを組み合わせることによって太陽光を動力源とし、太陽光から離れた方向に自律的に動くバイオローバーを開発できたのです」と、MARSを開発した西イングランド大学ブリストル校のUnconventional Computing Laboratory（非従来型コンピューティング研究所）のニール・フィリップスは話す。

ただし、MARSの移動速度は非常にゆっくりだ。フィリップスらは光の強さや当たり方、カプセルの形状などの条件を変えてテストを実施したが、最大速度は時速30cm程度だったという。

その一方、太陽光エネルギーを動力源としているMARSは充電や電池切れの心配がない。また、マリモにカプセルをかぶせるというシンプルな構造ゆえに、このローバーは軽量でコンパクト、かつ低コストだ。

それにMARS自体は電磁波を出さないので、センサーを積んだ場合にもそれに干渉するようなバックグラウンドノイズがない。さらに、将来的にカプセル部分を生分解可能な素材でプリントすれば、回収されなかった場合にも環境への負荷を低くできるという。

「MARSは淡水湖や河川でのさまざまな探査やモニタリングミッションに利用できます」と、フィリップスは語る。「例えば、水温や電気伝導率、溶存酸素量といった水質パラメーターの記録などです」。彼はまた、魚群の研究や水中生物の生態研究などにも使えると説明する。

フィリップスらが学術誌『Journal of Biological Engineering』に発表した論文では、地球外の惑星調査にMARSを活用できる可能性についても言及している。マリモは寿命が長く低温冷凍できる可能性もあるうえ、カプセルを現地で3Dプリントすることで輸送コストも削減できるという。

現在フィリップスらは、MARSを陸上での利用に応用できないか研究中だ。「水中だけでなく地上での探査も視野に入れて、ローバーの堅牢性と適性を評価しています。特に低温や高放射線下での耐久力を研究しているところです」