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2026-01-23 21:35:00
アカエイがなぜこれほどユニークで珍しい泳ぎをするのかを解明するために、カリフォルニア大学リバーサイド校 (UCR) の機械技術者のチームは、波状のロボットひれを作成しました。海底近くの水泳を模倣するように設計された水中トンネルにロボットを沈めた後のテストでは、さまざまな種類のエイが、その環境に最適な別の水泳技術を進化させた可能性があることが示されました。具体的には、今回の研究結果は、海底近くを泳ぐ一部のエイ種が、地面に向かって引っ張られる下向きの力に対抗するために、ヒレの動きや傾き方を調整していることを示唆している。
海底近くの波に沿って優雅に滑空するアカエイは、カッコよく見せるためではないことが判明した。むしろ、派手な羽ばたきは、泳ぐときの安定性と耐久性を進化的に適応させたものと考えられます。メカニカルフィンの開発チームは、これらと同じ原理がいつかエネルギー効率の高い水中マッピングロボットの設計に適用できると信じている。そして、エイを賞賛しているのは彼らだけではありません。他の研究者はすでに、アカエイの遊泳から得た洞察を利用して、よりステルス性の高い次世代水中ビークルを開発しようと試みている。
ロボットフィンの研究は今週、 王立協会インターフェースジャーナル。
エイの泳ぎを試す
水泳に関しては、すべてのエイの種が同じというわけではありません。巨大なマンタやその他の遠洋エイは、羽ばたき運動を利用して海面近くに浮かんでいる傾向があります。浅い水域で過ごすアカエイなどの底生エイは、泳いでいる波の動きに似ていることが多い、異なる波状の動きに依存しています。特にこの 2 番目の波状の泳ぎスタイルは、その明らかな単純さと効率のために科学者を魅了しました。この泳法に関する過去の研究では、アカエイが使用する波状の動きは、力づくのヒレの羽ばたきよりも実際に周囲の水からのエネルギーをより効率的に再利用しているようであることが示されています。
UCR の機械エンジニアで論文の共著者でもある Yuanhang Zhu 氏は、泳ぎ方の違いはエイの種が生息する環境の違いに起因するのではないかという予感を持っていました。制御された環境でその理論をテストするために、チームはロボットのフィンの作成に着手しました。さまざまな条件下でフィンをテストすることで、研究者らは水中の物理的な力がフィンの動きにどのような影響を与えるかを観察することができた。最終的なフィン設計の厚さはわずか 9.5 ミリメートル (約 0.4 インチ) で、シリコン ゴムから成形されました。彼らはまた、海の流れをシミュレートするように設計された大きな水トンネルも建設しました。
実験中、研究チームはロボットをトンネルの表面近くと、より低い人工海底に近い場所に設置した。どちらの場合も、彼らはさまざまなレベルの海流がフィンに与えられる揚力の量にどのような影響を与えるかを調べようとしていました。揚力を理解することは、空間を移動する物体が水平を保つことができるかどうかを決定する上で重要な役割を果たすため、重要です。たとえば、地面近くを飛んでいる鳥の体験 ポジティブ より水平で安定した状態を保ちながら持ち上げます。研究者らは、海底近くを泳ぐロボットエイにも同様のことが起こると予想していた。代わりに、まったく逆のことが起こりました。彼らのロボットは下に吸い込まれていました。
ロボットアカエイのひれ
「これは私たちが予想していたものではありませんでした」と Zhu 氏は UCR のブログ投稿で述べました。 「地面近くで余分な揚力を得る代わりに、光線は下方に引っ張られました。
この結果に驚いたチームは、マイナスの揚力を補うためにロボットにわずかな調整を加えました。彼らは、ロボットのフィンを上方に数度傾けるだけで、下向きの力を軽減できることを発見しました。そこから外挿して研究者らは、アカエイや他の底生エイは自然にわずかに上向きのヒレ角度で泳ぐが、これはこれまで明らかではなかったと示唆している。テスト中、アカエイのような波状運動は、遠洋エイの羽ばたき運動よりも一貫して海底からの良好なクリアランスを維持しました。
「自然はすでに問題を解決しているようです」とZhu氏は付け加えた。
未来のロボットと水中車両
エンジニアたちがエイのユニークな生態をロボット工学の世界に適用しようとしたのはこれが初めてではない。 2018年、UCLAの技術者らは、心臓細胞と柔軟な電極を組み合わせて構成された、長さ10ミリメートルの組織ベースのアカエイ型ロボットを設計した。ハーバード大学の研究者らは 2017 年に、おそらくさらに奇妙なエイのバイオハイブリッド ロボットを作成しました。このロボットは、ネズミの筋肉を動力源とし、光によって引き起こされる推進システムによって前方に推進されます。
ワシントン大学の研究者らは、エイの遊泳技術を次世代の水中乗り物に応用する方法をすでに模索している。最終的には、レイズの構造的特徴を適応させて、現在の潜水艦や潜水艇よりもエネルギー効率が高く、より静かな乗り物を作りたいと考えている。
未来のメカニズムの設計に関しては、自然界は無敵です。
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#アカエイにヒントを得たロボットがエイの泳ぎ方の謎を解く