コーヒーを一杯飲まないと、本格的に動き出せない人もいる。しかし、クラゲにとっては、どうやら電気刺激が効果的らしい。科学者たちは、生きたクラゲに小型のコントローラーを埋め込み、電気パルスで動きを制御できるようにした。この電気刺激によって、クラゲは通常のクラゲの約3倍の速度で泳ぎ、消費エネルギーはわずか2倍に抑えられた。この補助器具はクラゲに怪我を負わせることはなく、研究者たちはこのターボチャージされたクラゲを使って世界中の海を探索したいと考えている。
「この技術によって、海洋の大部分で何が起こっているかを知るための初めての窓が提供されることを期待しています」と、カリフォルニア工科大学の機械エンジニアで、1月29日にサイエンス・アドバンシズ誌に研究結果を発表したジョン・ダビリ氏は語る。
地味なクラゲは脳を持たないかもしれないが、泳ぐ動物の中で最もエネルギー効率が高いという驚くべき特徴を持っている。「その一部は、約5億年前に泳ぐことを初めて習得した動物であるという進化の遺産によるものです」とダビリ氏は言う。クラゲはベル状の膜を収縮させたり弛緩させたりすることで移動する。この脈動運動は、渦輪と呼ばれるドーナツ型の水の渦を作り出し、クラゲ自身はほとんど努力せずに前進する。
クラゲに外骨格のような装いを施す前に、研究者たちはまず、海洋生物の遊泳動作を模倣する柔らかく柔軟なロボットを製作した。しかし、このロボットは本物の動物よりもはるかに多くのエネルギーを必要とし、通常は電源コードで繋がれている。ダビリ氏はハーバード大学の研究者とも協力し、ラットの心筋細胞から消費電力の少ないクラゲを開発した。この人工クラゲは心筋細胞を収縮させることで制御できたが、この繊細なロボットは実験室外で動作させることはできなかった。
ダビリ氏とスタンフォード大学の同僚ニコール・シュー氏は、本物のクラゲの力を利用することを決意した。クラゲは自力で餌を得るため、人工装置を制御するのにわずかな余分なエネルギーしか必要としない。クラゲは北極海から熱帯海域、海面からマリアナ海溝の深海まで、海のあらゆる場所に生息している。
「彼らは既に、私たちが探求したい領域で活動しています」とダビリは言う。「そこで問題となるのは、彼らにいつ、どこに行けばよいかを指示できるような脳をどうやって与えるかということです。」
研究チームは、世界中の野生および水族館でよく見られるミズクラゲにマイクロ電気制御装置を埋め込みました。研究チームは、この人工装置を装着したミズクラゲは、通常のクラゲよりも速く泳ぐだろうと予想しました。「さらに驚いたのは、ミズクラゲが高速で泳ぐ際の効率性が向上したことです」とダビリ氏は言います。このハイブリッドクラゲは、その大きさに比べて、他の水中ロボットに比べて10分の1から1000分の1の電力しか必要としませんでした。
野生では、ミズクラゲはこれらの潜在的推進力を活用する必要はないだろうとダビリ氏は言う。一般的なクラゲは実際にはある地点から別の地点へ移動しようとしているわけではなく、効率的な遊泳動作は主に獲物を捕らえるために役立っている。もしクラゲがこれらのゆったりとした泳ぎ方で周囲の水から触手に餌を引き寄せることができるのであれば、慌てる必要はない。
スピードレーンでの生活はクラゲに悪影響を与えていないようだった。クラゲには中枢神経系も痛覚受容体もない。クラゲはストレスがかかると粘液を分泌するが、ダビリ氏と徐氏は実験中にミズクラゲがこのような粘液を分泌する様子を観察しなかった。そして、インプラントを取り除くと、クラゲは再び普通に泳ぎ始めた。
ダビリ氏は最終的に、クラゲにセンサーを取り付け、科学者が深海へと送り出せるようにする計画だ。現在、この暗く冷たい海域を探索している遠隔操作探査機は、通常、12～24時間の移動にしか電力を供給できない。「深海には、私たちが観察できない多くの生命が存在します」とダビリ氏は言う。
強化されたクラゲは、海の気候に関する貴重な情報も収集できる可能性があります。ダビリ氏は、水温、塩分濃度、酸性度、酸素濃度といった重要な変数を測定するセンサーを装備したクラゲが世界中の海を泳ぎ回る姿を思い描いています。クラゲは、海の様々な場所に生息する微生物に関するデータさえも収集できる可能性があります。
クラゲをこれらのミッションに投入する前に、研究者たちはクラゲを様々な方向に誘導する方法を解明する必要がある。現在、彼らはクラゲの体の様々な部位に電気パルスを送って方向転換させる実験を行っている。ダビリ氏によると、クラゲの片側の筋肉を一度に収縮させることで、クラゲに進路変更やUターンを促すことができるという。
