ペンシルベニア大学とミシガン大学、世界最小級の自律型ロボットを共同開発

2025年12月、ペンシルベニア大学（UPenn）とミシガン大学（UMich）の研究チームは、プログラム可能で完全自律的に動作する世界最小級のロボットを開発した。この微小な水中遊泳機械は、肉眼ではほとんど識別できないサイズでありながら、数か月にわたる自律的な稼働能力を持つ。この成果は、個々の細胞の健康状態を監視する医療分野や、微細なデバイスを構築する産業プロセスへの応用が期待されている。

このマイクロロボットの物理的寸法は約200マイクロメートル×300マイクロメートル×50マイクロメートルであり、これは塩の粒よりも小さく、多くの生物学的微生物とほぼ同等のスケールである。特筆すべきは、外部からの有線接続、磁場、あるいはジョイスティック操作を一切必要とせず、真に自律的かつプログラム可能である点だ。この種のスケールでの完全自律動作の実現は、ロボット工学における長年の科学的難題であり、研究コミュニティが40年以上にわたり取り組んできた課題を克服したことを意味する。

技術的な核心は、その推進システムとエネルギー供給にある。研究者たちは、この極小スケールで支配的となる高い抵抗や粘性といった流体力学的な制約に逆らうのではなく、それらを利用するアプローチを採用した。ロボットの四隅に配置された電極が光で活性化される太陽電池から電力を得て作動し、電気泳動システムを駆動させる。このシステムは周囲の水中のイオンを動かし、その反作用によってロボット本体を推進させるという、可動部品を持たないユニークな機構である。この設計により、ロボットは高い耐久性を持ち、標準的な実験器具であるマイクロピペットによる移送も容易であり、数か月にわたる持続的な稼働が可能となっている。

自律性を支える電子統合は、ミシガン大学のデビッド・ブラウ教授とデニス・シルベスター教授のチームが担当した。彼らの研究室は世界最小コンピュータの記録を保持しており、この極小ロボットに搭載された超小型コンピュータは、局所的な温度を検知し、その情報に基づいて自らの軌道を調整する能力を備えている。リード研究者であるペンシルベニア大学のマーク・ミスキン助教授は、この成果により自律型ロボットを従来の1万分の1のサイズに縮小したと述べ、プログラム可能なロボット工学の新たな領域が開かれたと強調している。

この技術的進展は、特に個別細胞の健康状態を長期的に非侵襲的に監視するバイオメディカル分野で大きな可能性を秘めている。温度変化を細胞活動の代理指標として報告する機能や、産業プロセスにおけるマイクロスケールデバイスの組み立て支援など、多岐にわたる応用が想定される。この研究成果は、2025年12月15日付けの『Science Robotics』誌および『Proceedings of the National Academy of Sciences』（PNAS）誌に掲載された。