カリフォルニア工科大学とスタンフォード大学の技術者は、クラゲが通常より速く効率的に泳げるようにする小型の人工装置を開発した。動物にストレスを与えることはない。このプロジェクトの研究者たちは、センサーを搭載したクラゲを誘導して海を探査し、情報を記録できる未来を思い描いている。
クラゲは体を脈動させて前進し、触手を揺らしながら獲物を捕らえる。新しい人工装置は、心臓ペースメーカーが心拍数を調節するのと同じように、電気刺激でこの脈動を調節し、速める。水中で中性浮力を保つこの装置は、直径約2センチで、小さな木製のとげを使ってクラゲの体に取り付けられる。
この研究は、カリフォルニア工科大学のジョン・ダビリ（修士課程修了 '03、博士課程修了 '05）航空学・機械工学センテニアル教授と、スタンフォード大学の大学院生ニコール・シュー（修士課程修了 '15）が主導し、1月29日に学術誌Science Advancesに発表された。
通常、クラゲは毎秒約2センチの速さで泳ぐ。より速く動く能力はあるものの、触手を揺らすこの「遊泳」は主に獲物を捕らえるためのもので、速く泳いでも捕獲には役立たない。
論文で報告された研究では、ダビリ、シューらは、クラゲの通常の体の脈動より3倍速い周波数で作動するマイクロ電子制御装置を取り付けた。クラゲの脈動が速まり、それに応じて遊泳速度も毎秒約4～6センチに上がった。
電気刺激はクラゲの速度を上げただけでなく、遊泳効率も高めた。通常の3倍の速さで泳いだにもかかわらず、消費エネルギーはわずか2倍だった（遊泳中にクラゲが消費した酸素量で測定）。実際、人工装置を付けたクラゲは遊泳ロボットより1,000倍以上効率的だったとシューは述べる。
「通常よりずっと速く動いても、代謝への負担は過度にならないことを示しました」とシューは言う。「クラゲには、より速く効率的に泳ぐ潜在能力があることが分かりました。普段はそうする理由がないだけです。」
クラゲに危害が及ばないよう、注意深く観察していた点も記しておく必要がある。クラゲには脳も痛覚受容器もないが、ストレスを受けると粘液を分泌することが知られている。この実験ではそのような分泌は見られなかった。また、人工装置を取り外すと、クラゲは通常どおり泳ぐようになった。
この研究は、ダビリが過去10年間、カリフォルニア工科大学とスタンフォード大学で取り組んできた、生物に着想を得たロボット研究の二つの流れの「中間」に位置する。一方は純粋に機械的な部品を使い、もう一方は純粋に生物由来の材料を使う。
純粋に機械的なシステムでは、ダビリは本物の動物のように見えながら、同じ作業に大幅に多くのエネルギーを要するロボットの開発に成功している。「生物システムの優雅さをまだ再現できていません」と彼は言う。一方、ロボットより優雅ではあるものの、純粋に生物学的なシステムははるかに壊れやすい。実際、ダビリはハーバード大学の同僚と共同で、ラットの心筋細胞が電場に応答することを示した。この性質は生物デバイスの有用な構成要素となる可能性があるが、細胞が生存できるのは実験室の環境に限られる。
クラゲに機械的な制御機構を加える取り組みは、2013年にカリフォルニア工科大学で始まった。当時、シューは学部生で、ダビリの研究室で夏季学部生研究奨学金（SURF）に参加していた。ダビリが海洋探査や観測にクラゲを活用しようと考えたのは、その個体数の多さが理由だった。今回の実験で使われた種は、海面から深い海溝の底まで、地球上のあらゆる海で見つかる。
「海洋の体積のうち、探査されたのはわずか5～10％です。そこで、すでにどこにでもいるクラゲを活用し、費用が高く測定回数が限られる船舶を使った計測から前進したいのです」とダビリは言う。「クラゲを誘導する方法を見つけ、海水温、塩分濃度、酸素濃度などを追跡するセンサーも搭載できれば、真に地球規模の海洋ネットワークを構築できます。クラゲ型ロボットは、それぞれ数ドルで計測機器を取り付けられ、海にいる獲物からエネルギーを得ます。」
現在、この人工装置はクラゲに遊泳を開始させ、速度を制御できる。次の段階では、クラゲを特定の方向に導き、搭載センサーからの信号に応答させるシステムを開発する予定だとダビリは語る。装置を恒久的に取り付けながらも目立たないよう、クラゲの組織内に完全に埋め込める、さらに小型の電子制御装置の開発を目指している。
この研究論文の題名は「生きたクラゲに埋め込んだ低消費電力マイクロエレクトロニクスが推進力を高める」。この研究は全米科学財団の助成を受けた。
