プリンストン大学の研究者たちは、アメリカバッタの飛行メカニズムにインスパイアされた昆虫スケールロボットの新モデルを開発した。機械・航空宇宙工学准教授のエイミー・ウィッサ氏率いるチームは、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の生物学者と協力し、バッタの後翅を研究した。
研究者たちはバッタの後翅の高解像度CTスキャンを撮影し、3Dプリントされた翼を水路に沈めて流体力学をマッピングした。最適化された翼を軽量フレームに取り付け、プリンストンロボティクス研究室で打ち上げ、高速モーションキャプチャカメラで監視した結果、合成グライダーの飛行性能は本物のバッタの効率性と一致した。
研究では、波形の翼よりも滑らかな翼の方が効率的に滑空することが判明した。この研究は1月7日にジャーナル・オブ・ザ・ロイヤル・ソサエティ・インターフェイスに掲載された。
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US engineers’ new wing design helps small robots fly longer by gliding like grasshoppers
【編集部解説】
この研究の背景と意義について、少し掘り下げてみましょう。
昆虫サイズのロボットは、災害現場での捜索救助や環境モニタリングなど、人間が入り込めない狭い空間での活動が期待される分野です。しかし、これまでの小型飛行ロボットには深刻な課題がありました。ミツバチやハエのように常に羽ばたき続ける設計では、消費電力が0.8W程度に達し、それを賄うバッテリーの重量がロボット自体の揚力を超えてしまうのです。
プリンストン大学のエイミー・ウィッサ准教授らが着目したのは、バッタの「マルチモーダル移動」でした。バッタは跳躍、羽ばたき、そして滑空を使い分けます。特に滑空は、翼を広げるだけでエネルギーをほとんど消費しない「安価な飛行」です。研究チームは、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の昆虫学者マリアンヌ・アレイン教授と協力し、アメリカバッタ（Schistocerca americana）の後翅を詳細に研究しました。
興味深い発見は、バッタの翅が持つ波形構造の役割です。研究では、滑空性能だけを見れば滑らかな翅の方が優れていることが判明しました。つまり、自然界のバッタが持つ波形は、空力性能のためではなく、翅をアコーディオンのように折りたたむ機構や、急角度での飛行に対応するために進化した可能性があります。この発見は、生物模倣工学において「自然界の解決策をそのままコピーすればよい」という単純な発想を超え、生物の制約と工学的最適解の違いを浮き彫りにしました。
研究チームは、CTスキャンから3Dプリント可能なデザインへ変換する新しい手法を開発し、水路での流体力学テストと実際の飛行実験を組み合わせて検証を重ねました。その結果、合成グライダーは本物のバッタと同等の飛行効率を達成しています。
今後の課題は、重いモーターを追加せずに翅を自動展開・格納する機構の開発です。これが実現すれば、次世代の救助ロボットは1回の充電で這い、跳び、滑空する能力を持つことになります。滑空という「安価な飛行」モードを活用することで、従来のミツバチ型ロボットが抱えていた電力とバッテリー重量の問題を克服し、自律動作に必要なセンサーやバッテリーを搭載する道を開きます。
この研究は、生物学と工学の双方向的な対話の重要性を示しています。工学的な実験ツールが生物学的な疑問に答え、生物の観察が工学的なブレイクスルーをもたらす。そうした循環の中から、真に実用的な小型ロボットが生まれようとしています。
【用語解説】
昆虫スケールロボット
昆虫と同程度の大きさ（通常5cm以下）の超小型ロボット。災害現場での捜索救助や環境モニタリングなど、人間が入り込めない狭い空間での活動が期待されている。最大の課題は、小型化に伴うバッテリーの重量制約と高い消費電力である。
CTスキャン（コンピュータ断層撮影）
X線を使って物体の内部構造を3次元的に撮影する技術。医療診断だけでなく、工学分野では精密な形状測定にも使用される。本研究では、バッタの翅の詳細な幾何学的構造を取得するために用いられた。
3Dプリント（3次元プリント）
デジタルデータから立体物を造形する製造技術。本研究では、CTスキャンで得たバッタの翅の形状データを元に、様々なデザインの試作翼を製作するために使用された。
流体力学
液体や気体の運動を扱う物理学の分野。本研究では、水路に翼を沈めて水の流れを観察することで、空気中での空力性能を評価した。
マルチモーダル移動
複数の移動方法を組み合わせる移動様式。バッタは跳躍、羽ばたき、滑空を状況に応じて使い分けることで、エネルギー効率と移動の多様性を両立している。
ペイロード
運搬可能な積載重量。ロボット工学では、センサーやバッテリーなど、ロボットが搭載できる追加機器の重量を指す。昆虫スケールロボットでは、ペイロード容量の制約が自律動作の大きな障壁となっている。
生物模倣工学（バイオミメティクス）
生物の構造や機能から着想を得て、工学的な問題を解決する学問分野。本研究のように、自然界の解決策をそのまま模倣するのではなく、その背景にある原理を理解することが重要である。
高速モーションキャプチャカメラ
高速で動く物体の動きを正確に記録・分析するカメラシステム。本研究では、試作グライダーの飛行性能を詳細に評価するために使用された。
【参考リンク】
Princeton University School of Engineering and Applied Science（外部）
プリンストン大学工学部の公式サイト。ウィッサ准教授が所属する機械・航空宇宙工学科の研究活動を紹介。
University of Illinois Urbana-Champaign（外部）
イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の公式サイト。協力した昆虫学者アレイン教授が所属。
Journal of the Royal Society Interface（外部）
英国王立協会が発行する学際的科学誌。本研究論文が2026年1月7日に掲載された。
Princeton Robotics Lab（外部）
プリンストン大学のロボティクス研究所。本研究で使用された飛行実験施設を提供。
【参考記事】
Never mind how grasshoppers hop. These engineers watch them fly.（外部）
プリンストン大学工学部による公式発表。研究の背景と発見の詳細を解説。
Grasshopper wing structure inspires design of gliding robot wings（外部）
イリノイ大学の公式発表。昆虫学的な観点から翼の波形構造の意義を考察。
Grasshopper wings inspire gliding robot design（外部）
テクノロジー専門メディアによる報道。CTスキャンから3Dプリントへの変換手法について触れる。
Watching how grasshoppers glide inspires new flying robot design（外部）
Physics World誌による報道。昆虫スケールロボットの電力問題を詳しく解説。
Hybrid locomotion at the insect scale（外部）
Science Advances誌の関連研究。飛行とホッピングの組み合わせによる省電力化を報告。
【編集部後記】
自然界の生き物から学ぶとき、私たちはつい「そのまま真似をすればいい」と考えがちです。しかし今回の研究は、バッタの波形の翼が空力性能のためではなく、折りたたみ機構のために存在する可能性を示しました。自然の制約と工学の最適解は必ずしも一致しない——この視点は、他の技術開発にも通じるのではないでしょうか。みなさんは、小型ロボットがどんな場所で活躍する未来を想像しますか？災害現場、環境調査、それとも私たちがまだ思いつかない用途でしょうか。ぜひ、SNSでお聞かせください。
