ロボット工学の可能性を秘めた天然特許：バイオニクス研究者らは、ある種のヤモリの尾の驚くべき機能を文書化した。爬虫類は、滑空ジャンプの後に、激しく着地しても木の幹に跳ね返ることを避けるために、付属肢を第5の足のように使用する。機能を明らかにするために、科学者たちはその概念をロボットに移し、技術的利用の可能性も実証しました。
ヤモリはその丈夫な小さな足で天井の上を歩くこともできます。ヤモリはアクロバティックな登攀スキルで有名です。しかし、この小さな爬虫類には、天然の特許をロボットシステムに移すことに取り組んでいる研究者にとって興味深い能力が他にもあります。近年は特にアジア原産のヘミダクティルス・プラチュルス（ Hemidactylus platyurus ）に注目が集まっています。沈まずに水面を横切って走る彼らの能力はすでに調査されており、研究者らは滑空しながら自信を持って木から木へ飛び移る能力にも興味を持っている。後者は、シュトゥットガルトのマックス・プランク知能システム研究所のアルディアン・ユスフィ率いるチームの目に再び留まった。
科学者らの報告によると、アオヤモリは主に捕食者から素早く逃げるために気道を使用します。これらの救助ジャンプの多くでは、ヤモリは着地時に依然として加速し、実際に垂直のターゲット表面に衝突します。驚いたことに、動物たちは強い衝撃にもかかわらず、落ちずに幹にしがみつくことができます。この能力に研究者たちは興味を惹かれ、高速カメラを使用してシンガポールの熱帯雨林にある野生動物保護区で何が起こっているのかを調査しました。
尻尾の落下防止機能
記録を分析したところ、ヤモリは時速21キロ以上の速度で垂直面に衝突することが多いことが判明した。彼らは胴体を後ろに最大 100 度曲げることで衝撃を和らげます。その結果、前足はグリップ力を失いますが、動物はなんとか後足を幹の上に保ちます。尾部がこれを可能にしていることが明らかになりました。尾部は第 5 の脚のように機能し、安定化効果によって衝撃エネルギーが確実に消散されます。この説明は、生前に尻尾を失ったヤモリはジャンプ後によく落ちるという観察によって裏付けられたと、Jusufi と彼の同僚は報告している。
しかし、付属肢の機能をより詳細に記録するために、バイオニクスの専門家は実験室のワークショップに行き、動物がさらされる力をよりよく理解するためにヤモリの物理モデルを構築しました。ヤモリ ロボットには、ベルクロ素材の前後の足に加えて、尻尾を取り付けたり取り外したりできる柔軟な胴体が付いています。前足が垂直のフェルト素材の表面に当たると、制御システムが自然モデルと同じように湾曲した動きを引き起こしました。これにより、人工腱を引っ張るモーターも作動し、尾部を垂直の着地面に押し付けます。
ロボット工学の可能性
研究者らは、投擲テストを通じてさまざまな長さの尾を持つヤモリロボットの性能を調べ、着地時に発生する力も記録した。これは、尾の効果が後足を水面から引き離す力を大幅に軽減することを示しました。低いほどロボットがつかまりやすくなります。尻尾がなかったり、長さが短かったりすると、後ろ足にかかる力が大きくなりすぎ、ロボットはグリップを失い、跳ねたり、落ちたりすることが実験で判明した。
これらの結果から、尾はヤモリの安定した着地に重要な役割を果たしていることが確認されました。 「この発見は、動物の多機能付属器としての尾についての私たちの理解に重要な意味を持ちます」とジュスフィ氏は言う。これまで、ヤモリは主に壁の上を速く走るときにグリップを安定させるためにそれらを使用すると考えられていました。今では、彼らはジャンプ中の着地を成功させるために尻尾も使っていることが判明しました」とジュスフィは要約します。
結果の生物学的重要性に加えて、現在ではバイオニクスの焦点は技術的なものにもあります。筆頭著者であるマックス・プランク知能システム研究所のロバート・シダル氏が結論しているように、バイオニクスはヤモリの概念を技術的に利用するための基礎を形成します。 : 「自然は、技術的な問題に対して予期せぬエレガントな解決策を数多く提供します。この尻尾の使用は、その素晴らしい例です。飛行からの着陸は技術的に困難であり、私たちの発見がロボットの移動のための新しい解決策につながることを願っています」とシダル氏は述べた。
出典: Max Planck Institute for Intelligent Systems、カリフォルニア大学バークレー校、専門論文: Communications Biology、doi: 10.1038/s42003-021-02378-6
