ペンシルベニア・ミシガン連合、塩粒未満の完全自律型マイクロロボットを開発

ペンシルベニア大学とミシガン大学の研究者らは、2025年12月、世界最小の完全自律型かつプログラム可能なロボット群の開発を発表した。これらのマイクロロボットの寸法は約200 x 300 x 50マイクロメートルであり、これは塩の粒よりも小さく、人間の髪の毛の太さよりも薄い。この成果は、外部からの配線、磁場、あるいは遠隔操作に依存しない、このスケールにおける初の真の自律型ロボットとして、ロボット工学における重要な進展を意味する。研究成果は、『Science Robotics』誌と『Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)』誌に詳述されている。

この技術的飛躍は、1ミリメートル以下のスケールでの自律性を達成するという、この分野における約40年間の技術的停滞を打破するものとなった。このブレークスルーは、ペンシルベニア大学のマーク・ミスキン助教授と、世界最小コンピュータの開発で知られるミシガン大学のデビッド・ブロー教授の共同研究によって実現した。両チームは、米国防高等研究計画局（DARPA）のプレゼンテーションで出会った約5年後に、それぞれの技術が理想的に適合することを確認した。

各ユニットの製造コストは約1セントと極めて低く、LEDからの光エネルギーのみを利用して数か月にわたる長期間の動作が可能である。このエネルギー問題は、微小な太陽電池がわずか75ナノワットしか生成しないという制約の中で克服された。ミシガン大学のチームは、消費電力を1000倍以上削減するため、極めて低い電圧で動作する特殊な回路を設計し、このエネルギー不足に対処した。この低消費電力設計により、スマートウォッチの消費電力の10万分の1以下という、極めて限られたエネルギー予算内でコンピュータを稼働させることが可能になった。

これらのマイクロロボットの推進メカニズムは独創的であり、水を押し出すことによる遊泳ではなく、周囲の液体中の荷電粒子（イオン）を移動させる電場を生成する。このイオンの移動が水分子に作用し、その反作用として生じる流れがロボットを前進させる推進力となる。電場を調整することで、ロボットは方向転換や複雑な軌道の追従が可能となり、魚の群れに類似した協調的な集団行動さえ示す。この推進システムは可動部品を一切持たないため、ロボットは非常に堅牢であり、マイクロピペットによる移送でも損傷しない。

自律性には、環境の感知、情報の処理、そしてミリメートル以下の数分の1のサイズの集積回路を介した意思決定能力が含まれる。センサーは、温度を摂氏3分の1の精度で検出でき、これによりロボットは温度上昇領域へ移動したり、その温度を報告したりすることが可能となる。研究者らは、温度測定値を、ロボットが実行する一連の微細な動き（ダンス）に符号化することで、研究者との通信手段を確立している。このような微細な動きによる情報伝達は、ミツバチのダンスに類似したものであり、温度などの測定値を研究者に伝える。この技術は、個々の細胞の健康状態を監視する医療分野や、微細スケールでの製造プロセスにおいて、新たな可能性を切り開く。