クモといえば、8本足の静かな怪物としてよく知られています。彼らは周囲に潜み、巣と毒で獲物を捕らえます。しかし、45万種を超えるクモ類のうち13%は、獲物に忍び寄り、ジャンプ攻撃で襲い掛かります。まるで8本足の虎、あるいはアラゴグの子供たちの恐ろしい姿のようです。
恐ろしいとはいえ、このクモの跳躍方法は研究する価値がある。彼らは立った状態から体長の6倍の距離を跳躍することができる（人間は体長のわずか1.5倍しか跳躍できない）。さらに、体重の5倍もの重量を空中に持ち上げることができる。こうした生理学的驚異を工学的戦略に応用できれば、私たちが開発・運用するロボットの種類に革命をもたらす可能性がある。ただし、人間の獲物に飛びかかるようなロボットではないことを願うばかりだ。
英国マンチェスター大学の研究チームは、キムという名のオオハエトリグモ（ Phidippus regius ）に、プラットフォーム付き障害物コースの様々な距離を跳躍させる訓練を行い、その跳躍の様子を超高速ビデオカメラで撮影する研究を行った。火曜日にScientific Reports誌に掲載されたこの新たな研究成果は、キムをはじめとするクモが極めて長く正確な跳躍を実現する跳躍メカニズムをより詳細に解明するものである。
「この種に関する重要な発見は、短距離ジャンプは飛行時間を最小限に抑える低角度の軌道をとる傾向があるということです」と、マンチェスター大学の古生物学者で新論文の共著者であるラッセル・ガーウッド氏は述べています。約30ミリメートル移動するこの種のジャンプはより速く、他の要件よりも速度と正確さを優先していました。
一方、より長いジャンプ（最大60ミリメートル）では、より急な離陸角度で飛行時間を最適化し、より長い距離を移動できるようにしながらも、消費エネルギーを最小限に抑えています。「したがって、動物のジャンプのダイナミクスは、ジャンプの性質によって異なるようです」とガーウッド氏は言います。
ハエトリグモは、他のクモ類や節足動物に比べて非常に鋭い視覚を持ち、前方に4つの大きな目、そして頭頂部にさらに4つの小さな目を持っています。この視覚によって、ハエトリグモは距離を測り、大きく（あるいは小さく）跳躍する適切なタイミングと角度を判断できると考えられます。しかし、だからといって、ハエトリグモがそれほど遠くまで見通せるわけではありません。キムのジャンプの上限は60ミリメートルで、彼女はそれ以上の距離に挑戦することを拒否しました。おそらく、その距離を跳躍できなかったからではなく（そもそも彼女は長距離ジャンプでよくオーバーシュートしていました）、視力が衰えていたからでしょう。
研究者たちは、訓練しようと地元のペットショップから立派なハエトリグモを数匹購入したが、キムという名の体重150ミリグラム、体長15ミリの小さなハエトリグモだけが、彼らの要求に快く応じてくれた。「正直に言うと、これはほとんど運のおかげだと思います」とガーウッド氏は言う。「ジャンプする姿をカメラに収めるだけでも、本当に苦労しました」
研究者たちは、他の多くの節足動物種がカタパルトのような機構で蓄積されたエネルギーを使用するのとは対照的に、オオハエトリグモは跳躍を成功させるために急激な筋肉の収縮を使用しているように見えることに気づいた。
「この研究で明らかにしたいと願っていた重要な点は、この種が跳躍の動力源として筋肉に加えて水力学も利用しているかどうかでした」とガーウッド氏は語る。クモは血リンパ圧（血リンパは基本的にクモ類の血液版）を利用して脚を伸ばす。当初、水力と脚の筋肉の力の相乗効果で、Phidippus regiusは横跳びや下跳びだけでなく、上昇跳躍も可能になっていると考えられていた。
「残念ながら、この点を明確に解明することはできませんでした」とガーウッド氏は語る。ジャンプの観察と3D CTスキャンで収集した脚の生理学的データに基づき、研究者たちは、ジャンプは脚の筋肉量によってのみ可能になるはずだと結論付けた。血リンパによって生み出される水圧は、クモのジャンプを後押しするかもしれないが、必須の機能ではない。「今後の研究で、この点がもう少し解明されることを期待しています。」
ジャンプの物理法則を飛行ロボットやジャンプロボットで再現できれば、ほとんどのロボットが地上で活動する上での多くの生体力学的制約、つまりロボットの軽量化と長距離を跳躍するのに十分なパワーの両立という課題を解決するのに役立つ可能性があり、ひいてはマイクロロボットの新時代を切り開く可能性もある。実際、研究チームはキムの3D CTスキャン画像を用いて、ジャンプ機構を備えたクモの脚と体の構造のスケールモデルを作成した。しかし残念ながら、実際のジャンプテストでは失敗に終わった。このスケールでスムーズに動作する電子機器の開発は未だにかなり未熟であることが判明し、クモなどの小さな生物がジャンプや移動時にどのように力を発揮するかを示すデータがさらに必要となるだろう。
もし世界が小型のジャンプするクモ型ロボットの軍隊で溢れかえるようなことがあれば、これがその悲観的な結末を生んだ重要な研究プロジェクトのひとつだとわかるだろう。
注：この記事の以前のバージョンでは、クモの体重が150グラムと誤って記載されていました。正しくは150ミリグラムです。この誤りを深くお詫び申し上げます。悪夢のような体験をさせてしまい、誠に申し訳ございません。
