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「サイボーグ昆虫」開発。太陽電池で充電、無線で制御
2022年9月7日 07:30
理化学研究所や、早稲田大学、シンガポール南洋理工大学などで構成する国際共同研究グループは、電子部品を搭載した「サイボーグ昆虫」の開発を発表した。
サイボーグ昆虫のベースには、約6cmのマダガスカルゴキブリを使っている。マダガスカルゴキブリは、サイボーグ化するのに適した特性を備えているという。
まず成熟すると大きさが5～7.5cmに達するため、電子回路を搭載する余地が大きいこと。また羽がなく飛翔しないため、刺激電極による行動制御を行ないやすいこと。そのほか飼育下環境での寿命が5年程度と長く、環境に対する耐性が比較的高いこと。これらの理由により、サイボーグ昆虫研究として、広く利用されている種なのだとする。
サイボーグ化にあたって必要なパーツは、大きく「無線移動制御モジュール及びバッテリー(再充電可能なリチウムポリマー電池)」と「有機太陽電池モジュール」。さらに各パーツをつなげるコードと、昆虫の尾葉に刺激信号を入力するための刺激電極。
遠隔からの指示を、昆虫に搭載した「無線移動制御モジュール」で受信し、刺激電極を介して昆虫の尾葉という器官に刺激信号を入力して、昆虫の移動方向を制御する仕組み。また、「無線移動制御モジュール」を作動させるために、「有機太陽電池モジュール」と「リチウムポリマー電池」が必要となる。
今回の発表では、前述の電子デバイスを、昆虫の動きをできるだけ阻害せずに設置できたことが記されている。
発表によれば、各種の工夫により、昆虫の個体間の形状の違いによらず、硬い電子デバイスを昆虫の体の局面に完全にフィットさせて、安定的に実装(接着)できたとする。また、この接着は、繁殖環境において1カ月後でも維持されたという。
最後に、生きたサイボーグ昆虫を用いて、充電と無線移動制御の検証結果をレポートしている。検証では、まずバッテリーを完全に放電した状態で、疑似太陽光を有機太陽電池モジュールに30分照射。その上で、充電されたバッテリーからの電力を利用し、刺激オン/オフを制御する信号を、サイボーグ昆虫に無線受信させた。そして約2分間にわたって、昆虫の尾葉に刺激信号を入力。この間、右方向への移動制御を複数回試行し、無線制御が繰り返し成功したことを確認したという。
今回の開発で実現した方法は、マダガスカルゴキブリに限らず他の昆虫種にも適用可能だという。そして今回の成果によって、昆虫の寿命が続く限り、電池切れの心配なく長時間かつ長距離における活動が可能となり、サイボーグ昆虫の用途の拡大が期待できるとしている。
今後、より薄型化された制御回路を用いて、センサーなど他のコンポーネントと組み合わせることで、サイボーグ昆虫の機能をさらに拡大できると考えられている。
なお、共同研究グループの構成は以下の通り。
理化学研究所 開拓研究本部 染谷薄膜素子研究室
創発物性科学研究センター 創発ソフトシステム研究チーム
早稲田大学大学院 創造理工学研究科 総合機械工学専攻
シンガポール南洋理工大学
福井工業大学 環境情報学部 環境食品応用化学科