研究者たちは、長い間絶滅した化石生物をロボットとして復活させている

これまで、科学者やエンジニアが生物にインスピレーションを得てソフト ロボットを開発する場合、彼らは生きた現代の例に焦点を当ててきました。 たとえば、私たちは以前、イカ、バッタ、チーターを模倣するソフトロボット工学の応用について報告しました。 しかし、研究者チームは今回初めて、ソフトロボット工学と古生物学の原理を組み合わせて、4億5000万年前に存在した古代の海洋生物であるプレウロシスチタイドのソフトロボット版を構築した。

プルウロシスティドは、ヒトデやクモヒトデなどの現代の棘皮動物に関連しています。 この生物は進化において非常に重要であると信じられているため、 最初の棘皮動物 彼は動くことができました。彼は筋肉質の体幹を使って海底を移動しました。 しかし、化石証拠が不足しているため、科学者たちは… はっきりと理解できなかった 生物は幹をどのように使って水中を移動したのでしょうか? 「その生活習慣と姿勢はかなりよく理解されているが、その胴体の動きを制御するメカニズムについては非常に議論の余地がある」と、棘皮動物の胴体に焦点を当てた以前に発表された研究の著者らは述べた。 注意。

新しく開発された棘皮動物のソフトロボットレプリカ（「菱形」とも呼ばれる）により、研究者は生物の動きや棘皮動物の進化に関連するその他のさまざまな謎を解明できるようになった。 彼らは研究の中で、このレプリカが古生物学の基礎となるとも主張している。この古生物学は、ソフトロボット工学と化石証拠を利用して生命体の間の生体力学的差異を調査する比較的新しい分野である。

ソフトロボットのレプリカを作る

科学者たちが、胸膜炎と同じくらい古い、絶滅したもののソフトロボットバージョンを作ろうとしない理由はたくさんあります。 現代には対応するものが存在しないため、生物がどのように動くかを理解することは困難です。 さらに、化石証拠は、生物がどのように移動したかについて限られた情報しか提供しません。 たとえば、一部の研究者は、プレウロシスチス菌は泳ぐと示唆していますが、 他の人は主張します 彼らは漕ぎ運動や正弦波の動きを示しました。

これらの課題を克服するために、研究者らは棘皮動物を専門とする古生物学者と協力した。 彼らは化石画像、CT スキャン、その他発見できるすべての証拠を収集し、このデータを胸膜嚢の本体と茎の設計に使用しました。 次に、エラストマー成形と 3D プリントを使用して、設計に基づいてロボットのさまざまな部品を構築しました。

彼らが胴体（本物の手足のように）を使ってロボットを動かそうとしたとき、別の課題に直面しました。 「ソフトアクチュエータは、形状記憶合金（SMA）であるニチノールワイヤを使用していますが、これはしばしば焼き切れて永久に伸びてしまいます。これには、ステムをいくつか作成し（約100本作成）、劣化したら交換する必要があります。」

また、研究者らはかさばって硬すぎる従来のアクチュエーターを使用できなかったため、胸膜炎菌の柔らかく筋肉質な胴体を再現することも困難でした。 「代わりに、電気刺激に反応して収縮するニッケルチタン合金で構成される特別な『人工筋肉』ワイヤーを使用する必要がありました。これにより、胴体のようなモーターを作成することができました」と研究の上級著者であるカーメル・マジディ氏は付け加えた。カーネギーメロン大学の機械工学教授は、「それは自然な筋肉の幹の柔軟性と一致します。」と述べています。

研究者らはその後、菱形が水中でどのように移動するかを確認するためにいくつかのシミュレーションを実行しました。 彼らは、胴体が長いほど動きが良くなることを発見しました。 研究によると、これは時間の経過とともに胸膜でより長い脚が進化したことを示唆する化石証拠と一致した。

シミュレーションを検討した後、研究者らは海底に似た底面を持つ42×42インチの水槽にロボットを設置した。 彼らはロボットの動きを調べるために、それぞれ 2 分間続く複数のテストを実施しました。 「私たちは、これらの棘皮動物にとって、幅広の広い歩き方が最も効率的である可能性があり、胴の長さを長くすることで追加のエネルギーコストを最小限に抑えながら速度が大幅に向上した可能性があることを実証しました。」 注意 彼らの研究では。

絶滅した動物の研究

古生物学を利用して古代の絶滅した生物の正確なコピーを作るのは面白そうですが、化石記録では得られないことをロボットは私たちに教えてくれるでしょうか? 私たちがこの質問をマジディに投げかけたとき、彼は、既存の種からインスピレーションを得たロボットだけに焦点を当てることによって、科学者は他の多くの生命体の生命を支配する生物学的および進化的原理を学ぶ絶好の機会を逃している可能性があると説明しました。

たとえば、ある推定によると、それには現代の生物が含まれています。 わずか1パーセント これまで地球上に存在したすべての生命体の中で。 「私たちは、かつて地球上を歩き回っていた種のわずか1パーセントではなく、99パーセントから学び始めることができます。何百万年もの間成功を収めてきた生物が、環境の劇的な変化によって絶滅したものがたくさんあります」とマジディ氏は語った。アルステクニカ。

このような生き物のソフトロボットレプリカは、古生物学者に、これらの古代の生命体がどのように移動し進化したかについての仮説を検証するための実験的テストプラットフォームを作成するための強力なツールを提供します。

今回の研究は、ソフトロボットを使用して絶滅した生物を「復活」させ、その移動運動や生体力学を研究できることを実証することに成功した。 「これはソフトロボティクスコミュニティ内でこれまで行われたことがなく、この分野でのさらなる研究に刺激を与えることを期待しています」とデサトニック氏は付け加えた。

PNAS、2023 年。DOI: 10.1073/pnas.2306580120 （デジタルIDについて）

ルペンドラ・ブラハンバットは経験豊富なジャーナリストであり映画監督です。 彼は科学と文化のニュースをカバーしており、過去 5 年間、世界のさまざまな地域で活動する最も革新的な通信社、雑誌、メディア ブランドと積極的に協力してきました。