最先端の昆虫サイボーグの研究 [テクノロジー]
ミシガン大学工学部らの研究チームが、昆虫の羽に組み込むタイプの振動発電デバイスを試作に成功したらしいです。これにより発電デバイスをセンサや制御用マイコンなどと一緒に搭載した「昆虫サイボーグ」は、人間の立ち入りが困難な災害現場での初期踏査などに応用が期待できるとされています。
これはコフキコガネを用いたハイブリッド昆虫のモデル。発電デバイス、神経埋め込み電極、マイクロコントローラ、センサ類などの搭載が想定されています。
「環境発電を用いることによって、昆虫に搭載する微小なカメラやマイク、その他のセンサ、通信機器などへの電力供給が可能になります」とミシガン大の電気・コンピュータ工学教授 Khalil Najafi氏は言います。「これによって、盗聴マイク付き昆虫を人間のかわりに危険な場所へ送り込むこともできるようになるでしょう」
もちろん悪いことに使用される可能性も大きいですが。。
この技術の基本的なアイデアは、熱や体の動きなど昆虫の生物学的エネルギーを発電に利用するというもので、試作されたデバイスは、昆虫の羽が振動するときの運動エネルギーを電気に変換することにより、昆虫に搭載する電池の駆動時間を延ばすことができるといいます。電池は、昆虫の体に埋め込まれたセンサー（カメラ、マイク、ガスセンサーなど）の電源として使われます。
今回、研究チームは、昆虫の体という限られた面積に実装して最大の出力が得られるように、渦巻き型の圧電デバイスを設計されているとのこと。高アスペクト比の機械加工によって圧電材料基板からデバイスを作製する技術も開発。材料へのダメージを最小に抑えるため、加工にはフェムト秒レーザーを使用したといいます。
このような実験は、昆虫サイボーグが勝手にどこかへ飛んでいってしまわないか心配になりますが、研究チームによれば、小動物の神経系を乗っ取ってその移動を制御するシステムについては、これまでにも様々な研究が行われてきたといいます。過去10年間に報告された研究事例としては、「ラットのひげに関連する脳の中枢に電極を埋め込んで遠隔操作」「サメの嗅覚神経に刺激を与えて泳ぐ方向を制御」「ハトを無線で飛ばす」「ゴキブリの移動制御」といったものがあるとのこと。
最近では昆虫の飛行制御に関しても進展があり、甲虫の触覚付近に微小な熱刺激を加える研究、蛾の中枢神経系へのインターフェースとしてフレキシブルな多点電極を用いる研究、蛾の神経筋へのインターフェースを使って羽ばたきの周波数と振幅を制御する研究、神経と筋肉を刺激するマイクロシステムを昆虫に埋め込んで飛行の開始・中断および飛行中の方向制御を行う研究などが報告されています。
なかでも最先端をいっているのがアメリカの蚊のサイボーグみたいです。
NEVERまとめ
アメリカによる昆虫サイボーグ技術がスゴイ
カメラやマイクを装備可能で、口にはDNA採取可能な注射針が装備されている。
さらにはマイクロデバイスも注入可能なスペックらしいです。
今後は、こうした様々な移動制御技術と、センサや電源分野の技術が組み合わさることで、実用的な昆虫サイボーグの開発が進んでいくと考えられます。
光学迷彩による透明マントの実現 [テクノロジー]
もしも透明マントがあったら・・。
昔から物語や映画の世界に登場し架空のアイテムとして扱われていた透明マントが、遂に科学の力で現実のものになりつつあります。
姿を隠して行いたい行為というのは、昔からアニメなどで男性がイタズラするシーンなど良くないことが多いですが、一方では科学の力で実現される透明マントには未来への夢がたくさん詰まってると言われてます。
透明になって自らの姿を隠したいのはどのようなときでしょうか。ドラえもんやハリーポッターそのほか多くの物語で活躍する透明マント。これに関しては古くは、1200年ころに書かれ、圧倒的人気を誇った「ニーベルンゲンの歌」や関連する作品にも登場してます。
そして2006年ごろから、透明マントが現実になる可能性が示され、いっきに注目が集まってきました。
理論からいえば『後ろからの光が曲がってモノを迂回すれば モノの後ろの景色を見ることができる。前からの光が反射・散乱されなければ、モノの姿を捉えることはできない』ということです。
あったらいいなと思うすべてのことが科学的研究になるわけではないですが、透明マントという魅力的なものは物語には昔から出てきてはいましたが、現実のものとして科学的に議論されるようになったのはごく最近です。イギリス、インペリアル・カレッジ・ロンドンのジョン. B.ペンドリー教授のグループがメタマテリアルという特殊な物質を研究していて、そのメタマテリアルで透明マントができると発表しました。
「光学迷彩」が近づいた？ 光で縫い上げるメタマテリアル素材
透明マントでモノが見えなくなるその仕組みとは、「なぜモノが見えるのか」を考えるとわかりやすい。“モノが見える”（モノの存在を目で確認できる）原因は、主に2つあります。
1つはモノが、その後ろ側から来る光を遮ること。そしてもう1つは、モノが受けた光を反射・散乱し、その光を私たちの目がとらえることだ。もし、この2つの作用を消すように光をコントロールできれば、モノがそこに存在しないかのように見せることができるということです。
それを可能にするのがメタマテリアルという存在です。メタマテリアルは、自然界にある物質に、本来の能力を超えるような性質や機能をもたせるように“設計した物質”である。目的の性質や機能に合わせて、物質に非常に小さな構造をつくり込んでいくとのことです。
ペンドリー教授が透明マントの理論を発表した2006年、アメリカ、デューク大学のデイヴィッド・スミス教授とデイヴィッド・シュリグ教授が、可視光より波長の長い「マイクロ波」の領域で、透明マントになるメタマテリアルの開発に成功しました。この透明マントでは、グラスファイバーの上に細い銅線で細かな幾何学的な模様がつくり込まれていて、もしも、このメタマテリアルで雨雲を覆ったとすると、気象レーダーには雨雲が映らなくなるとのことです。なぜなら気象レーダーはモノの検出にマイクロ波を使うからです。
人間の目に見えないようにするには、可視光領域での透明マントが必要ということです。可視光はマイクロ波と同じ電磁波（電場と磁場の両方をもつ波）しかしながら、マイクロ波に比べて波長がとても短いので操るのが難しい。しかし、その原理はすでに明らかになっています。
光を巧みに迂回させるためには、透明マントの屈折率を絶妙にコントロールする必要があります。中心部の屈折率を低くし、周辺部に近づくにつれ高くしていき、空気と接する境界部では空気と同じ屈折率1.003にするとのことです。屈折率を変えること自体は難しくないみたいですが、それを絶妙にコントールして透明マントにするには、現時点ではあらかじめそのように設計したメタマテリアルを使うしかない状況です。
また、透明マントは、表面での光の反射をゼロにしなければならないのですが、自然界にはそのような物質は存在していません。そこで、メタマテリアルの登場となりますが、世界で初めて「光をまったく反射しないメタマテリアル」を提案したのは、理化学研究所准主任研究員の田中拓男氏という方です。
ガラスやプラスチックなど母材となる樹脂の中に、金属でできたナノサイズのコイルをあらゆる向きに多数つくり込む。光が通ることによって、コイルに電流が流れる。この電流によってつくられる磁場は、光の磁場に働きかけることができるので、比透磁率が変化する。これを使えば、屈折率の分布を自由に設計することができ、進行方向など、光を自由に操れるようになる。
自然界には、なぜか光の磁場と関わり合う物質が存在せず、どんな物質の比透磁率も1.0である。ところが、田中氏は比透磁率を1.0より大きくすることで、光をまったく反射しないメタマテリアルをつくれることを見出したということ。田中氏がつくるメタマテリアルは、金属でできたナノサイズのコイルをたくさんつくり込んだ構造体です。デイヴィッド・スミス教授のメタマテリアルと比べて桁違いに小さい構造からできているのは、マイクロ波よりも波長の短い可視光の比誘電率や比透磁率を変えるためです。現在、可視光よりやや波長の長い赤外線領域で機能を発揮するメタマテリアルの開発に取り組んでいらっしゃいます。
透明マントから広がる未来については、利用できる波長さらに、負の屈折率をもつメタマテリアルを使えば、透明マントにも勝るとも劣らない画期的な製品が実現できる。分子や原子を直接見ることのできる光学顕微鏡だ。私たちは、生きたままの生物の分子や原子の様子を目の当りにすることができるようになる。
メタマテリアルの登場で、今や光学は大きく変わろうとしています。私たちを比透磁率1.0から解放したメタマテリアルの向こうにどんな地平が広がっているのか、それは想像をはるかに超えた世界に違いありません。
脳波で戦闘機を操縦するテクノロジー [テクノロジー]
ついにレギュラー化されたマツコとマツコ。マツコロイドは日本の技術もここまで進化したかと言いたくなるほどの技術です。
詳しくはぜひ番組を見ていただければわかりますが、マツコ・デラックスさんとの掛け合いも面白い番組と思います。
日本でマツコロイドが今注目を浴びてますが、世界の最先端技術も私達の想像を超えて進化しています。
今回「考えるだけ」でロボットアームを自在に操る女性が、なんとステルス戦闘機F-35を飛ばすことにも成功したというのです。
アメリカ国防総省ペンタゴンでは、国防高等研究計画局(DARPA)とピッツバーグ大学医療センターが推進する「ある画期的なプロジェクト」が存在します。そのプロジェクトの中心人物は55歳のジャン・ショイエルマンさんで、彼女は両手両足が運動麻痺状態になった四肢麻痺患者です。
プロジェクトではショイエルマンさんを被験者として、「考えるだけ」で動かせる、これまでにない画期的な義肢の開発に取り組んでいます。2012年にはショイエルマンさんは自身の脳の表面に2つの電極を移植する手術をうけており、この電極がショイエルマンさんの脳波を検知して「考えるだけ」でロボットアームを自在に動かすことに成功しています。
ただロボットアームを自在に動かせるようになるためにはひとつの試練を乗り越える必要がありました。その試練というのは「頭に電極を移植する」という手術でした。しかし彼女はその試練を乗り越えたのです。
手術から11日後から脳波で直接ロボットアームを動かす実験がスタート。この頃はまだロボットアームの操作に不慣れで、アームの動きは不安定でした。
ただし何度も何度もチャレンジして少しずつロボットアームを動かせるようになっていきました。
2012年の段階でショイエルマンさんはここまで自由にロボットアームを操作することができるようになっていたわけですが、DARPAとピッツバーグ大学医療センターが行っている実験は人間の義肢に関するものだけではありません。
プロジェクトでは、新たに神経シグナルに関する革新的な実験も行っており、ショイエルマンさんも実験に参加してアメリカが開発中のステルス戦闘機「F-35」を「考えるだけ」で飛ばすことに成功しています。
もちろん彼女がF-35を飛ばしたのは現実世界での話ではなく、専用のシミュレーターの中での話。しかし、アメリカ軍の正式パイロットたちが使用するシミュレーターにて、ショイエルマンさんは手や足などを一切使用せずに、「考えるだけ」で自在にF-35やその他の飛行機を飛ばすことに成功しており、DARPAのアラティ・プラボカー長官は「ジャンはシミュレーターの中で本当に飛んでいるのよ」と話しています。
ショイエルマンさんは、普段シミュレーターを使っている正規のパイロットたちとは異なり、操縦かんで飛行機を操縦するのではなく、飛行機全体を直接コントロールして飛ばすことに成功しています
実際にショイエルマンさんがF-35を飛ばした際のシミュレーターの映像は以下の通り。
ショイエルマンさんの実験結果を義肢や軍事技術に応用するにはまだまだ長い道のりが存在するそうですが、DARPAの仕事は国防総省の実験機関として未知の研究を推し進めることであり、プラボカー長官は「我々は安全な道のみを行くことはありません。そういった行為は我々のミッションの妨害になるでしょう」とコメントしています。
