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未来の健康管理はロボットにお任せ? 人間の体内をパトロールするマイクロロボット軍団(米研究)

カラパイア

マイクロロボットが人体の中に入ってパトロール
マイクロロボットが人体の中に入ってパトロール/ Pixabay

  未来のロボットと聞いてどんなものを想像するだろうか? アニメに登場する巨大ロボットを想像しがちだけど、極小のロボットの活躍も期待されている。

 米コーネル大学のグループが『Nature』(8月26日付)で発表したのは、もはや肉眼では見ることができない、ゾウリムシよりも小さなマイクロロボットの大群だ。

 将来的にはこのマイクロロボットを人間の体内に入れることで、健康管理をしてくれたり、病気と闘ってくれたり、あるいは作物の病原菌を駆除してくれることが期待されているという。

極小のロボットを駆動させる難しさ


 かつてインテルの創業者ゴードン・ムーアは、「半導体の集積率は18ヶ月で2倍になる」と予測した。

 それから50年、「ムーアの法則」と呼ばれるこの予測はピタリと的中し、半導体は猛スピードで進化した。そのおかげで、人間の目に見えないほど小さく、それでいて複雑な動作を行うことができるロボットはますます現実的なものになってきている。

 だが、そのためには1つ問題があった。それは極小のロボットを実際に駆動させる極小のアクチュエーター(入力されたエネルギーもしくはコンピュータが出力した電気信号を、物理的運動に変換する、機械・電気回路を構成する機械要素)がないということだ。

 従来のやり方で設計されたアクチュエーターは、小型化しすぎるとうまく作動しなくなってしまう。かといって、磁気を利用したシステムでは、ロボットの”脳”である電子機器と組み合わせることが難しい。

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Pixabay

低電圧でパタパタ動く小さな脚をつけることで克服


 そこでマーク・Z・ミスキン氏らが考案したのは、電気化学的な方式で動作するアクチュエーターだ。アクチュエーターといっても、モーターの類ではなく、200マイクロボルトという低電圧でパタパタと動く小さな”脚”だ。

 新開発の脚は、片面を「グラフェン」や「チタン」のような不活性素材でコーティングされた、厚さわずか7ナノメートルのプラチナ製シートでできている。

 これを水の中に沈め、そこに電気を流すと、電荷を帯びた水の粒子が引き寄せられてコーティングされていない面にくっつく。すると、その力によってプラチナ製シートが曲がる。コーティングされた面には負荷がかかり元に戻ろうとするので、電気が止まれば再び真っ直ぐになる。

 またシートの曲げたくない部分に補強をほどこせば、ちょうど膝の関節のような思い通りの動作をするよう調整だってできる。

 電気化学反応に必要な電気自体は、ボディに搭載された2枚の極小ソーラーパネルを使う。それぞれにレーザーを照射すると電圧が生じ、脚がパタパタと前後に動く。


March of the microscopic robots

製造コストも激安


 また製造の点でも目を見張るべきものがある。「リソグラフィ」という既存のマイクロチップ生産技術を応用して、ボディと脚を同時に大量に製造することができるのだ。

 10センチのウェハーの上に、一度に作られるマイクロロボットは100万個。おびただしい数のロボットが一気に作られるだけあって、1個あたりの製造コストはわずか0.01円だ。


人間や作物の健康を守るロボット軍団


 完成したマイクロロボットは、幅40マイクロメートル、長さ70マイクロメートル――ゾウリムシよりも、人間の髪の毛よりも、塩の粒よりも小さい。注射器で人体に注入できるほどだ。

 それでいて丈夫だ。38度近い温度の変化に耐えられ、酸にも強い。

 現時点では、10ナノワットのパワーしか発揮できず、大したことはできないという。また、内蔵のバッテリーがないために、外部からレーザーを照射し続けなければならない。

 それでも、自動で稼働する極小ロボット開発へ向けた大きな一歩であることは間違いない。

 マイクロチップと組み合わせることで、将来的には人体内でがんと戦ったり、作物の病原菌を駆除したりするなど、さまざまな複雑な任務を担えるようになると期待できるそうだ。

 胃カメラもこのレベルまで小さくなると検査もしやすくなるだろうな。

Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2626-9

References:singularityhub/ written by hiroching / edited by parumo

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