蜘蛛が「生き返って」数秒でクレーンゲームマシンに変身？この研究はちょっと「奇妙で興味深い」

死んだクモがゆっくりと下降し、そして突然「生き返り」、8本の長い足を広げて、もう1匹の死んだクモをしっかりとつかみます。

持ち上げたり置いたりできます |参考文献 [1]

信じられますか？これは新しいタイプのロボットですが、使用される原材料はかなり特殊で、クモの死体です。

蜘蛛の死体を制御する方法は難しくありません。蜘蛛の体に針を刺して空気を注入するだけで、元々丸まっていた死んだ蜘蛛が足を外側に伸ばすことができるようになります。クモの体内の圧力が解放されると、脚が閉じて、対象の物体をつかむことができます。

まず死んだクモに針を刺します |ブランドン・マーティン

この死んだクモバージョンのクレーンゲームマシンは、米国ライス大学機械工学部の研究チームによって作成された。機械工学助教授でチームリーダーのダニエル・プレストン氏は、ロボットを作るために動物全体が利用されるのは今回が初めてだと語った。

今年9月、彼らの研究はイグ・ノーベル機械工学賞も受賞した。

2023年イグノーベル賞 - 機械工学

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「クモを見ると多くの人が不快に感じるというのは理解できるが、工学的観点から見ると、クモの移動メカニズムは非常に興味深い」とライス大学で機械工学を専攻する博士課程の学生、テ・フェイ・ヤップ氏は語った。

彼女の死んだクモに関する研究は、ライス大学プレストンイノベーションラボが設立された直後の2019年に始まりました。研究室で掃除をしていたとき、葉不菲は廊下の脇に丸まって死んだ蜘蛛がいるのに気づいた。彼女と同僚たちはとても興味があった。クモは死ぬとなぜ足が丸まるのか？

クモは死ぬと足が丸まります |ライス大学

そこで、誰もがすぐにネットで情報を調べ、「クモには人間のように上腕二頭筋と上腕三頭筋の拮抗する筋肉の組み合わせがない」ことが分かったとイェ・デフェイ氏は語った。 「彼らは、足を内側に曲げる屈筋と、足を外側に伸ばす油圧しか持っていません。死ぬと、積極的に体に圧力をかける能力を失います。それが、彼らが体を丸める理由です。 」

「これはとても興味深い！このメカニズムを利用する方法を見つけたい」とイェ・デフェイ氏は語った。

死んだクモを「復活」させるにはどうすればいいでしょうか？

——元気を出そう

クモが死後丸くなる理由がわかったところで、誰もが新たな疑問を抱きます。圧縮空気を使って死んだクモの脚を再び制御できるのでしょうか?

そして彼らは蜘蛛の死骸を拾い集めました。実験に使用された材料には、クモの死骸のほか、注射器や瞬間接着剤も含まれる。研究者たちはまず針をクモの頭胸部に挿入し、次に少量の瞬間接着剤を使って針の周りの隙間を塞いだ。研究者たちは注射器を接続することで、注射器を通してクモの油圧室に圧力をかけることができる。

注射器の針をクモの頭胸部に挿入し、接着剤を少し垂らします。参考文献[1]

空気圧を少し注入すると、死んだクモの脚が即座に作動し、外側に開きます。圧力が解放されると、屈筋の働きにより脚は自然に収縮して閉じます。

注射器でクモの体内の水圧を制御する |参考文献 [1]

クモなどの無脊椎動物には、脊椎動物の血液に似た血リンパがあります。血リンパは油圧システムのように機能します。空気が注入されると、血リンパが加圧され、クモの脚の関節にかかる圧力が増加します。研究者らはまた、クモの血リンパの化学組成は死後1時間経っても、さらには死後7日経っても大きな変化がないことを発見した。

実験では、クモの脚の耐久性を観察するために、死んだクモの脚を1,000回近く開閉させ、非常に丈夫であることがわかりました。その後、脚の関節に多少の摩耗が見られるようになりました。 「これは関節の脱水に関係していると考えており、ポリマーコーティングを施すことで対処できる」とプレストン氏は語った。

実験の結果、コーティングされていないクモの死体はクレーンゲーム機として2日間しか使用できないのに対し、蜜蝋でコーティングされたクモの死体は脱水を効果的に防ぎ、「寿命」が長くなることが判明した。研究者らは、さまざまなコーティング材料についてさらに研究を進めると述べた。

クモの脚の関節の詳細 |参考文献[1]

死んだ蜘蛛は足を開いたり閉じたりし続けることはできますが、真に復活したりゾンビになったりするわけではありません。 「無生物であることは確かだ」とプレストン氏は語った。

自分より重い巨大なクモを捕まえる

実験では、死んだクモはブレッドボード上のジャンパー線を外してLEDを取り外したり、赤く染めたポリウレタンフォームを拾ったり、さらには自分の体重の1.3倍もある別の大きなクモを拾ったりするなど、さまざまな物体をつかむことができた。

ブレッドボード上のジャンパーワイヤーをつかみます |参考文献 [1]

そこで研究者たちは、大きさの違うクモは握る力も違うのだろうかと考えました。

さまざまなサイズのクモを研究した結果、小さなクモ（体重10mgのハエトリグモ）は体重の2倍の握力を発揮できるのに対し、大きなクモ（体重約200グラムのゴライアス鳥食いクモなど）は体重の10％の物体しかつかめないことがわかりました。それでも、20グラムです！

さまざまなサイズのクモの握力の分析 |参考文献 [1]

より環境に優しく、より便利に

研究者たちはこの画期的な研究分野を「ネクロボティクス」と名付けました。「ネクロ」は死体や死を意味し、「ロボティクス」はロボットやロボティクスを意味します。

この分野の研究は、非常に小さな物体用の生分解性グリッパーの開発につながる可能性があります。他のロボット部品と比較して、環境に優しく、電子廃棄物を生成しません。

クモの死骸から作られたジグ |プレストンイノベーションラボ

ソフトロボティクス技術はプレストン研究所の研究の焦点です。従来の剛性ロボットの設計と製造には通常、複雑で面倒なプロセスが必要ですが、ソフトロボットではこれらの複雑な製造要件の一部を排除できます。 Dead Spider マシングリッパーはさらに便利です。 「この空気圧駆動グリッパーをゼロから作るのではなく、自然の技術を利用すればいいのです」とプレストン氏は言う。

クモは環境に優しいだけでなく、数も豊富なので、研究者が材料を収集するのも簡単です。残念ながら、研究者らは、実験中にクモが傷つけられなかったことをまだ保証できないと述べている。研究で使用されたクモの死骸は、安楽死（約-4℃で5～7日間凍結）によって採取されたものです。既存の研究文献には、クモを倫理的かつ人道的に入手し、安楽死させる方法について明確な指針が示されていません。

この研究は昨年7月にAdvanced Scienceに掲載されました。参考文献 [1]

過去1年間のさらなる研究により、研究者たちは8本の脚すべてではなく1本の脚だけを動かすことで、クモの体をより正確に制御できるようになった。

参考文献

[1] ヤップ、TF、リュー、Z、ラジャパン、A.、シモクス、T​​J、プレストン、DJ (2022)。ネクロボティクス：すぐに使えるアクチュエータとしての生物材料。上級Sci.、9(29)、2201174。土井: 10.1002/advs.202201174

[2] 大学、R.（2022年7月25日）。ラボは死んだクモの足を空気で操作し、つかみ棒として利用します。ユーチューブ。 https://www.youtube.com/watch?v=1JOS6hMHIUM から取得

[3] ライス大学のエンジニアが「ネクロボティック」クモの解明に成功。 （2023年10月25日）。 https://news.rice.edu/news/2022/rice-engineers-get-grip-necrobotic-spiders から取得

[4] プレストンと他の4人が「壊死性」クモの研究でイグノーベル賞を受賞。 （2023年10月25日）。 https://news.rice.edu/news/2023/preston-four-others-win-ig-nobel-prize-necrobotic-spider-study から取得

[5] レジーナ G. バーバー、AO (2023)。科学者が研究のためにクモの死体を蘇らせている理由。 NPR。 https://www.npr.org/2023/10/18/1198908301/necrobotics-reanimating-spiders-ig-nobel-prize から取得

[6] オズボーン，M.（2022）。科学者は死んだクモをクレーンゲーム機として使う。スミソニアンマガジン。 https://www.smithsonianmag.com/smart-news/scientists-use-dead-spiders-to-grip-objects-180980498 から取得

[7] レジーナ G. バーバー、AO (2023)。科学者が研究のためにクモの死体を蘇らせている理由。 NPR。 https://www.npr.org/2023/10/18/1198908301/necrobotics-reanimating-spiders-ig-nobel-prize から取得

企画・制作

出典: Bringing Science Home (id: steamforkids)

著者: クラウド、Everything Magazine 編集者

レビュアー | 「エブリシング」誌編集者ジヴ氏

編集者：イヌオ