生物学者、材料科学者、バイオニクスの専門家であるキール大学動物研究所のスタニスラフ N. ゴーブ教授とそのチームは、動物の驚異的な能力を分析し、それらを革新的な技術的応用に変換することで知られています。たとえば、彼らは昆虫のモデルと、昆虫、クモ、ヤモリの接着器官と同様に機能する取り外し可能な接着フィルムに基づいてロボットグラブアームを作成しました。

で紙に掲載されたばかりです米国科学アカデミーの議事録, ゴーブ氏は中国の研究者と協力して、中国のイネバッタOxya chinensisを調査した。「泳いだり水から飛び出す彼らの能力は、高度なロボット工学に重要なインスピレーションを与えてくれます」と機能形態学および生体力学ワーキンググループの責任者は説明した。

バッタの水面上での非常に速い移動運動、特に水中でのジャンプ方法は、これまでほとんど研究されていませんでした。「私たちの研究は、この種の水中アクロバットを促進する原因となっている複合メカニズムを明らかにしただけでなく、さまざまな地形を移動できる生物からインスピレーションを得たロボットの開発の基礎も築きました」とゴーブ氏は述べた。

静的な力と動的な力の組み合わせによる水中アクロバット

チャイニーズイネバッタは、中国の稲作地域、特に長江沿いに広く生息しており、陸上動物としては水中アクロバットに特に優れています。たとえ水に落ちても、簡単に再び出てきて飛び去ることができます。

彼らがそれをどのように正確に行うかは、研究室で詳細に研究されています。実験には、15 匹のバッタ (O. chinensis) を使用しました。体長水を満たしたガラス水槽に、長さ2.2～3.4センチメートル、重さ0.4～1.0グラムの個体を投入した。彼らは水面上で全く活動をしないか、受動的に流れに乗って漂うか、積極的に泳ぐか、あるいはすぐに飛び出すかのいずれかでした。

「私たちはバッタが海の中を泳ぐ様子を撮影しました。水槽ゴーブ氏は、2台の高速カメラを使用して、動物の計48回のジャンプ試行と54回の泳ぎ試行がさらなる分析に含まれたと述べた。研究者らはジャンプと水泳の移動運動を比較し、その後、動物の動きを分析した。バッタが水中でのアクロバットを促進する力を生成するために使用するメカニズム。

力の測定とモデルの分析により、体重は次のような方法でサポートされていることが明らかになりました。静水圧バッタの質量に比例して達成できる一方、運動の駆動は手足と水の間の制御された相互作用 (つまり、流体力学) から得られます。

ロボット工学の新しい駆動戦略

これまでの研究は主に、水面上の 2 種類の移動運動に焦点を当ててきました。表面張力、アメンボなどによって使用され、四肢の特別な力学によって支配される移動運動。これは、たとえばバジリスク トカゲが水の上を走るために使用されます。どちらの戦略も、生物からインスピレーションを得た技術的応用には理想的ではありません。

「水中での表面張力によって支配される移動は、超疎水性（濡れ性ではない）表面に依存しますが、これを大型ロボットで実現するのは容易ではありません。移動手足のダイナミクスが支配するのは、動物とロボットの両方による頻繁な表面の打撃に基づいており、あまりにも多くのエネルギーを消費します」とゴーブ氏は報告した。

チャイニーズイネバッタが水から飛び出す能力は、今回初めて明らかになった別の駆動原理に基づいている。「バッタは、静的な水力によって体重を支え、流体力学によって体を前方に動かすことにより、水中アクロバットを容易にする 2 つの異なるメカニズムの組み合わせを示しました。」

バッタの構造的および行動的戦略を研究した後、ゴーブと彼のチームは最初のロボットを構築しました。昆虫と同じように、プロトタイプは手足をさまざまな速度で動かすことで、水面を泳いだりジャンプしたりできます。