ゾウについて考えるとき、最初に思い浮かぶのはおそらく彼らの口ひげではないでしょう。しかし、これらのひげはゾウの鼻の器用さに重要な役割を果たしており、ゾウにピーナッツをつぶさずに器用に持つ能力を与えている可能性があります。
科学者たちはかつて、ゾウのひげはラットやマウスのひげに似ており、完全に固体で独立して動くことができると信じていました。しかし、マックス プランク インテリジェント システム研究所 (MPI-IS) の触覚インテリジェンス部門の研究者らは、ゾウのひげが当初考えられていたよりもはるかに複雑であることを発見しました。特徴エンジニアは現在、触覚ロボット工学での用途を模索しています。
「私はゾウのバイオメカニクスの専門家として、ロボット工学とセンシングについて学びたくてドイツに来ました。私の指導者は、 [Professor] クーヘンベッカー氏は触覚と触覚ロボット工学の専門家であるため、ゾウのひげのレンズを通した触覚センシングに協力することは私たちにとって自然な架け橋でした」とMPI-IS触覚インテリジェンス部門のアンドリュー・K・シュルツ氏はプレスリリースで述べた。
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象の硬い口ひげと柔らかい口ひげ
で発表された最近の調査結果によると、 科学ゾウには約 1,000 本のひげが鼻を覆っており、ひげが落ちると元に戻らないことがよくあります。研究著者らは、ゾウのひげが異常な物理的特性を示しており、これによりゾウは皮膚が厚いにもかかわらず、より優れた触覚を得ることができることを発見した。
猫のひげと同様に、ゾウのひげは根元が硬く、徐々に先細りになり、柔らかいゴム状の先端になります。これは、完全に丈夫なラットやマウスとは対照的です。機能的シールドとして知られるこの硬くて柔らかいシールドにより、ゾウはひげを折ることなく物体の近くを通過でき、1,000 本のひげのうちのどこが接触しているかを正確に知ることができます。
研究チームは、この機能的な盾のおかげで、ゾウはピーナッツのような小さなものや、トルティーヤチップスのような繊細なものを割ることなく拾うことができると考えている。
象の口ひげが縮んでしまう
ゾウのひげがどのように機能するかについての新たな理解により、研究チームはこれらの発見を新しい形態のロボット工学、特にセンシング技術に適用できると信じています。
シュルツ氏と同じく触覚知能学科のキャサリン・J・クーヘンベッカー氏は、残りの研究チームとともに、ひげの多孔性、形状、柔らかさを分析した。研究チームは、マイクロCTイメージングや電子顕微鏡などの技術を利用して、5センチメートル（約2インチ）のゾウの牙を画像化し、それを1メートルの10億分の1であるナノメートルのサイズに縮小した。そこからチームはゾウのひげの 3D レンダリングを作成し、実際にはそのひげが中空の基部と平らな断面を持つ厚い刃のような構造であることを発見しました。ひげの内部溝も馬の蹄や羊の角の構造に似ていました。
象の口ひげの一貫性
さらなる分析により、ゾウのひげは多孔質であることが明らかになり、それが質量を減らし、食事中の破損を防ぐのに役立っています。ひげの靭性をテストするために、研究チームは細胞のような形をしたダイヤモンド立方体圧子を使用しました。その結果、ひげの根元はプラスチックのように硬くて丈夫であるのに対し、その先端は柔らかくゴム状であることがわかりました。
「アジアゾウの頭、胴体、尾の毛は根元から先端まで丈夫です。ゾウの鼻のひげの驚くべき丈夫さを発見したとき、私たちはこれを予想していました」とシュルツ氏はプレスリリースで述べた。
象の口ひげとロボット工学
の。 3D「ひげの杖」を持つキャサリン・J・クーヘンベッカー氏（左）とアンドリュー・K・シュルツ博士（右）。
(画像クレジット: MPI-IS/W. Scheible)
全体として、これらはチームが最初に研究を開始したときに期待していた結果ではありませんでした。ゾウのひげのユニークな特性をより深く理解するために、チームはより大きな 3D プリントモデルを作成しました。チームが「ひげの杖」と呼んだものを使って、クーヘンベーカー氏は研究所の廊下を通ってそれを運び、梁や手すりにぶつけた。
「ウィスカースティックのさまざまな部分で手すりをたたくと、感触が異なることに気づきました。先端は柔らかく優しく、根元は鋭く強くあります。どこで接触が起こっているかを知るために見る必要はなく、ただ感じることができました」とクーヘンベッカー氏はプレスリリースで述べた。
この理論を検証するために、チームはシミュレーションを作成し、ハードからソフトへの勾配により、ひげの長さに沿って何かが接触している場所を感知しやすくすることを示しました。
「これは驚くべきことです。剛性勾配は、ゾウが各ヒゲがどこに接触するかを把握できる地図を提供します。この特性は、ゾウが自分の鼻が物体にどれだけ近いか、どれだけ遠いかを知るのに役立ちます…すべては、ヒゲの形状、多孔性、剛性に組み込まれています。エンジニアは、この自然現象を身体化された知性と呼んでいます」とシュルツ氏は述べた。
今後、チームはこれらの発見をロボット工学にどのように適用できるかについて研究を続けたいと考えています。
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