科学機器

産 学 官との 連 携

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No.

科学の峰々

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工学院大学工学部機械システム工学科教授

鈴木健司 先生 に聞く

バイオミメティクス と昆虫を規範とした
マイクロロボット の研究 上
聞き手：柴田眞利 日本科学機器協会 広報副委員長
同広報委員
野木 賢一
同広報委員
夏目知佳子
同専務理事
藏満 邦弘
同事務局長
岡田 康弘

取材日：2013年5月22日
東京科学機器協会会議室
2013年7月24日
工学院大学工学部機械システム工学科（取材・撮影・編集協力：クリエイティブ・レイ㈱安井久雄）

鈴木 健司先生のプロフィール
1984年
1988年
1990年
1993年
1993年
1995年
2004年
2007年
2009年

筑波大学附属高等学校卒業
東京大学工学部機械工学科卒業
東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻修士課程修了
東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻博士課程修了
博士（工学）
東京大学大学院工学系研究科産業機械工学専攻 助手
同 講師
工学院大学工学部機械システム工学科 助教授
同 准教授
同 教授

〈研究分野〉
マイクロ・ナノ理工学、ロボティクス、トライボロジー昆虫を規範としたロボット、機能性表面等の研究〈学会活動〉
日本機械学会、電気学会、日本ロボット学会、日本トライボロジー学会、精密工学会の会員
2013年 日本機械学会 情報・知能・精密機器（IIP）
部門 部門長〈賞〉
2009年度
2010年度トンボ型ロボット

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日本機械学会教育賞
日本機械学会賞（論文）

アリ型ロボット科学機器

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─ なぜ機械工学を専攻されたのでしょうか。また、ロボットづくりのために昆虫を調べておられますが、昔から昆虫にも興味をお持ちだったのでしょうか。
鈴木
工学院大学のポスターにトンボ型ロボットが使われ注目を集めた
工学部機械システム工学科教室前にて電子回路を作る技術をもとにマイクロマシンの概念が誕生

子どもの頃から、ものごとを論理的に考える理系的な考え方やモノづくりが好きでした。電気のように見えないものより、カとになり、私もマイクロロボットのラクリが目に見えて分かる機械に研究に取り組むことになりました。

興味を覚え、それで大学では機このマイクロマシンの技術は、械工学科を選びました。

今日ではスマートフォンやタブレ

昆虫については子どもの頃か─ 鈴木先生は昆虫を規範としットの画面の方向を感じるセンサ

ら好きだったというわけではなく、たマイクロロボットのパイオニアー、カメラの手ぶれ補正、プリンマイクロロボットの研究に取り組的な研究者であると伺っておりまターヘッド、プロジェクター内のむようになってから昆虫についてすが、研究を始めた経緯などかピクセルごとにミラーを動かす機学び始めました。

らお話しいただけますでしょうか。

能、リモコンの動きとゲームの画

生物のまねをする、あるいは面が連動する機能など、いろい生物に学ぶ、という研究分野をろなところに応用されています。

バイオミメティクスと呼んでいます。

鈴木

まず私が大学生の頃、マイクロマシンという言葉が出てき生物や小さな昆虫の世界を覗くました。もともとは電子回路を作─ ところで、マイクロマシンとと、小さな世界でいろいろな現る技術でしたが、それを使っていう言葉は世界的に使われてい象が起きており、そこには新たな0.1ミリの歯車といった小さな部品る言葉なのでしょうか。

発見が満ちています。そこから学が作られるようになり、そこからんでマイクロロボットやナノ構造極めて小さな機械が製作できる鈴木ようになったのです。

られた言葉です。アメリカではメマイクロマシンは日本で作などを作るというのが、現在、私が取り組んでいる研究です。

大学4年のとき、私は制御のムス（MEMS）という言葉が 使研究室にいたのですが、大学卒われています。マイクロ・エレクト

業後、修士課程に進んでロボッロ・メカニカル・システムの略です。

トの研究室に入りました。マイクヨーロッパには初期の頃はマイロマシンの概念が生まれたことで、クロシステム、MSTという言葉が─ 今日まで、どのような研究にその研究室が大きなものから小ありましたが、今はメムスが世界取り組まれたのか、具体的におさなロボットの研究へ移行するこ的に広く使われています。

聞かせいただけますでしょうか。

バイオミメティクスから生まれた製品

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生物の機能や形状を模倣する
バイオミメティクス

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マジックテープ®(クラレ)782 2013・No.

ループ構造
フック構造

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オナモミの実
鉤状の先端部がマジックテープ誕生のきっかけとなった

鈴木

昆虫の表面を拡大してみ

そのほかにもいくつか例をあげて見ると、デコボコとした構造がると、モルフォチョウという青いたくさんあります。そういう表面綺麗な色をしたチョウがいます。の構造によって、撥 水や親 水、しかし、このチョウの羽には色素流体抵抗、付着、摩擦、光を通がありません。羽の表面がギザしたり通さなかったりと、さまざギザした複雑な構造になっていて、まな機能がもたらされます。

その羽の構造によって光が反射バイオミメティクスの一例としや干渉をすることで、綺麗な色がて、オナモミの実があります。オ見えるようになっています。このナモミの実は表面から鉤(かぎ)の羽の構造をまねて、日本の企業ようなものが出ていて、セーターが綺麗に光る生地を開発していなどにくっつきます。この構造をます。

ヤモリの足には無数の微小な毛が生えている

カーネギーメロン大学で開発されたヤモリの足を模した付着製表面まねて、つけるとすぐに付き、引また、ヤモリの足には毛がたくっ張るとはがれるマジックテープさん生えており、それによってヤが作られました。

モリは壁などを登ることができまそれを模倣してヤモリテープとちなみにマジックテープというす。その足の様子を拡大してみるいう製品が作られました。このテのは日本のメーカーがつけた名前と、足の毛の先が壁のデコボコープの付着面には粘着材が付いですが、最初に発明したのはジに入り込んでいるのです。そこでているわけではなく、カーボンナョルジュ・ド・メストラルというスはファンデルワールス力という分ノチューブで作られた細い毛のよイス人でした。

子と分子が引き合う力が働いてうな構造によって付着しています。

いることが分かります。

ヤモリテープはある方向からはがすと簡単にはがれますが、別の方向からははがれにくい構造になっています。
バイオミメティクスは、このように生き物に学んだ、新しい発想によっていろいろな機能が開発されています。

光沢のある青い羽が特徴のモルフォチョウ。
モルフォとはギリシャ語で「美しい」を意味する。

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モルフォチョウの発色原理を利用したネクタイ。見る角度によって色の変化が楽しめる。

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面張力や粘性が生まれるのです。
この原理を利用して私たちは付着パッドと液体を出す仕組みをマイクロマシンで作りました。このロボットは足の先にある0.1ミリほどの穴から水を出し、壁を登っ
足から分泌した粘液によって壁面を登る

アリのように壁を登る
壁面歩行ロボットたり、天井を歩いたりできます。
ロボットの研究はそれ自体がため、足の先から液体を出し、楽しいということもありますが、粘性や表面張力を使って登ってマイクロロボットは、将来的には、いきます。

人が足を踏み入れられない危険

なお、アリはガラスだと登れるな場所での情報収集ロボットとし─ ロボットではどのような例がのですが、フライパンなどに使わて活用できると考えています。

あるのでしょうか。

れているテフロン加工の表面は鈴木

ヤモリに学んだロボットが、足が滑ってしまい、登ることがで─ そのようなロボットの用途をきません。

考えると、事故を起こした福島

アメリカのスタンフォード大学や私たちは研究室でアリを飼育第一原発での運用などを思い浮カーネギーメロン大学などで開発し、いろいろと観察しているのでかべますが、マイクロロボットなされています。ロボットの足にヤすが、アリはくっついた足を離すらではの利点はあるのでしょうか。

モリをまねた微 細構造がついてとき、足の先端を大きくしならせいて、それによって窓にくっつき、ます。そのしなりを利用して、足鈴木登っていくものです。

を離します。また、足はある方向の様子を調べようとしたロボット

そこで、私の研究室では、アに引っ張ると割と簡単に壁からはが階段でつかえ、先へ行けなくリを規範としたマイクロロボットがれるのですが、反対方向へはなったことがあったようです。に取り組みました。

引っ張ってもなかなか離れないとヤモリと同じようにアリも壁をいう性質があります。

福島第一原発では、内部その点、小さいマイクロロボットの方が動き回りやすいでしょう

登りますが、アリの足を拡大して付着の原理としては、足の先にし、天井や壁を歩けるロボットでみると、ヤモリとは異なる構造にあるパッドのところで分子間力があれば、地上にある障害物の影響も受けにくくなります。放射線なっています。
アリは足の真ん中に柔らかいパ量だけを測定してくるような場合ッドのようなものがあり、足の先であれば、大きさは問題ではなく、から少量の液体を出しています。

むしろマイクロロボット数台で調しかし、ヤモリの足からは液体査を行うという方法の方が有効が出ることはありません。

だと思われます。

アリはこのような足を使い、デ今のところ、まだ実用段階でコボコのある壁は爪を引っかけてはありませんが、近い将来原発登りますが、デコボコのないツルの内部を調べるようなロボットが登場すると思います。

ツルな壁は爪が引っかからない付着パッドにより壁面も自在に歩行可能なアリ型ロボット

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働き、さらに液体を出すことで表8科学機器
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アメンボのように水に浮く
水面移動ロボット

アメンボをまねたロボットは重さ7gぐらいで、脚の数を12本にして、水の上に浮くようにしました。
このロボットには携帯電話のバイ

─ そのほかのマイクロロボット

ブレーション用モーターが付いてもご紹介いただけますか。

いて、脚を振動させて前へ進みます。12本の脚の長さは少しずつ違っていて、周波数によって振動する脚が変わります。ロボット

薬品の検査などで運用が期待される
微小水滴輸送実験

は長い脚が振動すると前へ進み、利用して、水滴が丸まったり、広短い脚が振動すると曲がります。

がったりする技術を用いることで、アメンボ型のロボットは重さと直径1ミリぐらいの水滴をコロコロしては脚の長さ１mあたり15gぐと転がすことができます。これはらいまでは水に浮きますが、そ小さな構造だからこそ可能で、大れ以上の重量になると表面張力きな構造では水滴はなかなか動鈴木 そのほかではアメンボをまでは支えきれなくなってしまいます。

きません。

ねたロボットがあります。アメンアメンボ型ロボットは水質の検査

表面張力と水滴を利用して、ボをよく見ると、足の表面にたく用マイクロロボットとして活躍が水滴の上の物体を動かすこともでさんの毛が生えていて、これによ期待されています。

きるようになっています。

水に浮き、移動する様子はアメンボそのものって表面積を増やしています。足に生えた毛の間からワックスのような液体が出ていて、それで水を水滴と表面張力を利用した微小物体搬送装置はじいています。また、アメンボ

それと昆虫ではありませんが、水滴をはじく構造として、ハスの葉やバラの花びらが思い浮かぶと思います。それらの表面には凹の足のまわりの水面は少しへこん鈴木でいて、そのへこみに沿って水として、水滴の制御の研究も行っ

しかし、ハスの葉とバラの花びらの表面張力が働きます。
（物が載ています。砂漠にいる昆虫キリア

では構造が違い、拡大して見るった風呂敷の両端を引っ張ってツメゴミムシダマシは、空気中のとバラの花びらは表面の凹凸の物を支えるようなイメージです）

水蒸気を親水性のある背中に集中に水滴が入り込むようになってアメンボが表面張力で浮いてめ、その水を上手に口に運びます。

いますが、ハスの葉は凹凸の中いる証拠として、アメンボが浮いキリアツメゴミムシダマシのやに水滴が入り込む構造にはなっている水に液体石鹸を入れるとり方とは違いますが、静電気をていません。そのため、ハスの表面張力に関連するもの凸がたくさんあり、水をはじきます。

いう実験をしてみました。結果として、アメンボは水面に浮くことができなくなり、溺れてしまいました。液体石鹸は表面張力を下げ、足の表面の油も取り除くため、液体石鹸を入れたことでアメンボは表面張力を得られなくなり、溺れてしまったのです。

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羽の表面に水分を集める
キリアツメゴミムシダマシ

ハスの葉と表面拡大図

科学機器

産 学 官との 連 携音が出せることに改めて驚きと興の針から生まれたもので、バイオ味をいだいています。

ミメティクスの一例です。糖尿病

コオロギは尻尾に小さな毛がのためのインスリン注射などで製生えていて、それが気流の変化品化されています。

を察知するセンサーになっていまトンボやチョウは羽ばたいて飛す。詳しく調べてみると、尻尾のびますが、私たちはその性質か毛には長い毛と短い毛があり、らアイデアを得て羽ばたき飛翔ロ

弱い風には長い毛が反応し、強ボットを作りました。狭い場所でい風には短い毛が反応して、風葉は水滴をはじきますが、逆さの情報収集には小型の飛行体がの強さや風向きを感じています。にすると水滴は落ちてしまいます。

有利になりますが、小型の飛行そのため、コオロギは普通の風

一方、バラの花びらは水滴をはじ体には、飛行機のような飛び方よでは逃げませんが、敵が近づくきますが、逆さにしても水滴が落りも昆虫のような羽ばたき飛翔のなど急に気流が変化したときには、ちることはありません。表面の凹ほうが向いていると思われます。

それを感じて逃げます。

凸の形 状の違いによって、いろ一方、バッタやコオロギなどは人が近づくと生えている毛がいろな性質が出てくるのです。

大きなジャンプ力を持っています。

風を感じて反射的に逃げ出すゴ

それをまねて、マイクロ加工に私たちは膝がバネのようになり、キブリも似た性質を持っているとよって小さなデコボコを作り、そ力を溜めて一気に飛び上がる跳躍いえます。簡単な仕組みですが、の上に撥水性のある液体をコーテロボットを作りました。跳躍ロボ

うまく生き延びられるよう本能とィングして、いろいろな性質を持ットは、大きな溝があるような場して、プログラミングされているつ撥水面を作るという研究も行っ所でも、ジャンプすることでいろわけです。ています。

いろなところへ行くことができる

バラの花と表面拡大図

昆虫の研究から生まれた飛翔・跳躍ロボットようになります。

昆虫の感覚器をまねた新たなセンサー

─ 昆虫というと、私たちの身こうした昆虫の感覚毛に着目し、新たなセンサーを開発して、ロボットに搭載しています。今まで人間が作り出してきたロボットはいろいろな計算をして答えを出すものでしたが、昆虫は1つの刺激に近なところでも、さまざまなもの

─ セミの声やスズムシの音など対して、1つの答えを出すというが思いつきますね。

も調べていくと面白そうですね。

仕組みです。単純なものですが、組み合わせていくと、今までのロ鈴木

最近、痛くない注射針が蚊の針がヒント！
先端わずか0.2mm
蚊の針を応用した
無痛針

鈴木

セミやスズムシはどちらもボットの制御のやり方とは違う、音を出してますが、音の出し方は面白いものができるのではないかまったく違います。セミは腹に共と考えています。

鳴室のような空間があり、そこで空気を振動させています。それに対して、スズムシは羽をこすり合わせて音を出しています。セミはまだ調べ始めたところですが、インスリン用注射針 ナノパス33テルモ
2005年度グッドデザイン大賞

小さな器官からあれだけ大きな

次号「科学の峰々」9月号では

鈴木 健司 先生 に“バイオミメティクス”と昆虫を規範とした“マイクロロボット”の研究（下）において続きをお話いただきます。

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注目されていますが、それは蚊8