生物と機械のハイブリッドロボットによる海底・宇宙探索

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K18792
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 田中 陽 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (40532271)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2022-03-31
• キーワード: 地球惑星探査 / 海底探査 / 生存圏 / 乾燥耐性

研究実績の概要

人類は、進化とともにその活動圏を拡げてきた。現代、地球上の陸地はほぼ探索が完了したといえるが、将来は海や宇宙に活動範囲を拡げていくであろう。ただし、それには地形や生態系などの探索が不可欠になるが、従来法であるリモート探索は情報の精度や質に限界があり、探索機は広範囲をカバーするには膨大な数とコストがかかる。そこで本研究では、根本的に発想を変え、生物に機械を組み込んだハイブリッドロボットを使った探索を実証する。まず比較的容易な(1)海の探索法を検証し、その知見を活用し、(2)宇宙についても挑戦することを目的とした。
当該年度は、昨年度までに開発した、宇宙でも生存可能な虫、ネムリユスリカ幼虫が蘇生したときの動きを捉えるマイクロデバイスを用いて、蘇生時の温度や溶液化学組成が変化したときにどのように動きが変わるかの検証実験を行った。温度は30℃付近で最も動きが大きく、またpHについては中性付近が最も動きが大きいことがわかり、センサーとしての働きが示されたといえる。どうしても装置やシステムなどの容量が大きくなってしまい、またその処理に高度な操作や時間を要し、情報の転送にも時間を要する画像データを取得せずとも動きを把握できることは、とくに宇宙などの特異な環境においてはその意義が大きい。今後、このデバイスの電気データを画像データと比較して、どの程度詳細な動きが把握できているのか検証を行い、実際に探索に用いられることを示していく。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当該年度は、前年度に実証したネムリユスリカの覚醒時の動きといった、基礎的な特性を電気的な信号により把握し、この動きを利用して覚醒したことを検知するマイクロデバイスを用いて、温度による動きの変化の他、エタノール濃度やpHを変えた場合におけるネムリユスリカの動きの違い、についても実際に電気測定ができ、それらのセンシングを行うマルチセンサーとしての機能も実証できたといえる。これは、本研究の目的である宇宙探索のためなどにはもちろん、もっと現実的な、例えば地球上での砂漠化地域や酸性雨地域などの特異環境において、その生存圏を調査するのに適したデバイスといえ、その以後は非常に大きいといえる。一方、シビレエイ等の底棲性生物を用いた海底探索実験に関しては、すでに実証実験を終えており、これを査読付きの国際学術誌原著論文にまとめることができた。今後の実地実験のための基礎を確立できたといえる。以上のような状況から、本年度については十分に当初の計画を達成できたといえる。

今後の研究の推進方策

今後は、ネムリユスリカの動きを検知するデバイスについては、より応用範囲を拡げるため、他の生物等の動き探知にも有効であるかどうかの調査を行い、また検知の自動化を目指したより便利なシステムの構築を行う。また同時に、データを多く取得し、機械学習などのデータベース構築のための基盤をつくる。一方、海底探索については、実際の底棲生物を用いた海底地形マップ作成実験に向けて、どの程度のエリアを探索すれば良いか、モデル地形としてはどのようなものが考えられるか、そのために必要な電力やその持続時間がどの程度かなどをシミュレーションし、実験に必要な情報を取得する。また、実際の現場での実験応用に向け、どのような課題があるかについても具体的に検証する。

次年度使用額が生じた理由

当該年度は、当初想定よりもネムリユスリカの温度やpH変化に対してのセンシングデバイスで計測された電気信号が小さいことがわかり、もう少しデータ量を増やし、その違いを明瞭にする必要が出てきた。これにより、本年度はそのためのデバイスの再設計や感度向上のための調査検討が中心となり、消耗品費や実験にかかる人件費等を一部使用しないこととなった。該当分は翌年度の実験に回されるため、全体として研究の進捗には影響しないが、本年度については研究費の未使用分が発生した。

未使用分4,798,688円は、物品費としてシビレエイやネムリユスリカ他、試薬や実験器具などの消耗品として2,000,000円、学会参加や打ち合わせ等のための旅費として300,000円、実験員等の人件費として2,000,000円、学会登録費や論文掲載料などその他として498,688円を計画している。

研究成果

• [雑誌論文] Movement tracing and analysis of benthic sting ray (Dasyatis akajei) and electric ray (Narke japonica) toward seabed exploration (2020)
  • 著者名/発表者名: Shun-ichi Funano, Nobuyuki Tanaka, Satoshi Amaya, Akira Hamano, Toyoki Sasakura, Yo Tanaka
  • 雑誌名: SN Applied Sciences 巻: 2 ページ: 2142
  • DOI: 10.1007/s42452-020-03967-6
  • 査読あり / オープンアクセス