この言い方に悪気はないのだが、ロボット工学者は動物界において何の成果も得られていない。鳥は難なく空を飛び回るのに、人工のドローンは空から真っ逆さまに落ちる。人間は2本足で優雅にバランスをとるが、ヒト型ロボットはぶざまに倒れてしまう。ロボット工学者たちが進化の驚異に近づくには、膨大な努力が必要なのだ。

しかし、勝てないなら“ハック”してしまう手もある。カリフォルニア工科大学とスタンフォード大学の研究者は、科学技術誌『Science Advances』で2020年1月29日に発表した論文で、クラゲにマイクロチップと電極を取り付けて、遊泳速度を大幅に速めた仕組みについて説明している。

秒速2cmだったクラゲの遊泳スピードを秒速6cmまで速めたこの仕組みは、バイオニッククラゲへの第一歩だ。科学者たちは、このクラゲを海の水質をサンプリングするための浮遊するセンサーネットワークとして利用するかもしれない。より広い意味で言えば、地球上に生命が誕生して以来、進化の過程で生まれなかった力を動物に与えるための動きだとも言える。

クラゲが「最適な被験者」である理由

ロボット工学において、エネルギーは依然として大きな課題だ。ロボットのセンサーを動作させ、その手足やプロペラを動かすには多くの電力が必要になる。そのために巨大なバッテリーを搭載することになり、結果として重量が増える。そして重量が増えれば、それ自体を動かすためにさらなる電力が必要になるという、堂々巡りに陥ってしまう。

一方、動物は生まれつきエネルギー効率に優れている。自然淘汰は、つがいになって遺伝子を次世代に伝える余剰エネルギーをもつ個体に有利に働いているのだ。

クラゲは遊泳効率が極めて優れているだけでなく、脳や疼痛受容体がない。この偶然の特徴によって、クラゲはこの研究にとって最適な被験者になっている。

「これは重要なことです。ほかの生命体では倫理的に問題があると思われるような方法で、クラゲの遊泳を操作できますから」と、機械工学者のジョン・ダビリは言う。彼はスタンフォード大学とカリフォルニア工科大学で学んだ経歴をもち、この論文の共著者でもある。

とはいえ、クラゲがストレスを受けていないかと心配になるが、その可能性はないようだ。というのも、クラゲはストレスを感じると粘液を分泌するが、今回の研究対象ではその反応が認められなかったからだ。「そのうえ可逆性もあります。装置を外せば、クラゲは正常の機能に戻るのです」と、ダビリは言う。

バイオニッククラゲ（上）は、通常のクラゲ（下）の3倍の速さで泳ぐことができる。VIDEO BY CALTECH

エネルギーの最適化は可能か？

研究の構成は、かなり単純だ。クラゲの“傘”を動かす筋層に2本の電極が挿入されており、マイクロチップがそれらを制御する（挿入される針は木製で、その微細なトゲが組織にしっかり食い込むようになっている）。

これらの電極は、クラゲにもともと備わっている8つの“ペースメーカー”に類似している。つまり、動きを調整するために“傘”の周りに配置されているニューロンの束のことだ。興味深いことに、この人工のペースメーカーで遊泳速度は3倍になるが、そのためにクラゲは2倍のエネルギーしか使っていない。

では、より速く泳げて、そのほうが効率的であるならば、なぜクラゲはもとからその速度で泳がないのだろうか？ それは、クラゲの傘が発する催眠的なパルスには、泳ぐこと以外の役割があるからだ。

ダビリの以前の研究では、クラゲの整然とした動きが渦をつくり、その渦が獲物を吸い込むことがわかっている。あの速度で浮遊するからこそエサを捕まえられるのだろう。とはいえ、この研究で遊泳速度が上がったことによって、エサを捕獲できなくなることはないだろうと、ダビリは言う。野生のクラゲでも、捕食者を避けるために自然に速度を上げる場合がある。

「これは高速道路を制限速度で走るようなものです。もっとスピードを出せるけれど、望ましい速度は最高速度よりも遅いということなのでしょう」と、ニック・グラヴィッシュは言う。彼はカリフォルニア大学サンディエゴ校で生物学とロボット工学の接点について学んでいるが、今回の研究にはかかわっていない。

そのため、クラゲが自然にこなしているように、このバイオニッククラゲも通常の速度で遊泳することでエネルギーを節約するが、必要に応じて短時間の高出力移動もできると考えられる。

「脳をもつクラゲ」が生まれる可能性

これは従来のロボットの操作方法と大きく異なる点だ。従来のロボットでは、あらゆることに電力を供給する必要がある。アルゴリズムの制御にも、手足を動かすモーターの駆動にも、センサーの充電にも電力が必要だ。

しかし、クラゲなら「このシステムに供給すべきなのは、クラゲが筋肉を収縮させるために使用するわずかな電気的な信号を生み出すエネルギーだけです」と、ダビリは言う。クラゲ自身の電気パルスが、すでに動きを制御している。このためバイオニッククラゲは、科学者が筋肉に電気パルスを加えるだけで、目的の方向へと動き出すのだ。

タフツ大学の発生生物物理学者マイケル・レヴィンは、「全体的に見て非常に興味深い実験環境です。既存の複雑な生物機械の機能を合理的に増強するためのルール策定に役立つでしょう」と言う。「これは埋めるべき知識のギャップとして重要なものだと言えます」（なお、レヴィンは今回の研究には関わっていない）。

クラゲのもうひとつの素晴らしい点は、水生生物としての構造がもとから備わっていることだ。レヴィンと同僚たちは、研究室で生きた細胞からロボットをつくり、複雑な行動ができるようプログラミングしている。しかし、それは制御された室内環境でのことだ。

クラゲの場合、すでに海で泳ぐことに適応している。このため塩分濃度や酸素濃度などの水質に関する情報を中継して伝えるセンサーを装着し、巨大な水中センサーアレイの一部として展開できるだろうと、ダビリは言う。

「いまクラゲには脳がありませんが、この装置はクラゲにとって初めての脳になる可能性を秘めています」と、ダビリは続ける。もちろん、クラゲに好き勝手をさせないよう、気をつけなければならないだろう。