ロボットグリッパーが植物健康管理を革新　柔軟注入技術とリアルタイム環境監視

コーネル大学の研究者たちが最近、なんとも柔らかい感じのロボットを作ったそうだ。細かい数字は覚えてないけど、どうやらこの機械、植物の葉っぱをそっと掴んで、葉っぱの中に何か小さなセンサーみたいなものを注入できる仕組みらしい。誰だったかサヴァン・デソウザさんという人が関わっていたような記憶がある。

この装置、農業とか園芸で使うと便利だと言われているみたい。環境問題とか気候変動で作物への影響が増しているから、個々の植物ごとに状態を把握したり、小規模でも的確に手入れできたりすると助かる…って話も出ていたかな。早期発見や正確な健康診断にも役立つ場面があるとか。

あと、このロボットは単にセンサーだけじゃなくて、将来的には遺伝子関連の素材も葉っぱに届けることができる可能性がある、と聞いたこともあった。でも、それって今すぐ全部実現するというよりは、「そのうち何割か」くらいで試験的なのかもしれない。

安全性についても色々言及されていて、繰り返し同じ個体に使ってもダメージを与えづらい設計になっているみたい。不思議と安心感はあるけど、本当に全ての場合で完全に大丈夫なのかはまだ分からない部分もありそう。データ駆動型農業という言葉もちょこちょこ出てきた記憶だし、大規模運用にはもう少し検証が必要になりそうだ。

まあ、一つ一つの工程を見ると「約三成」くらいの段階まで来ている印象だけど、実際どれほど普及するのかは様子見になると思う。専門家によれば、この技術のお陰で今後、新しいバイオエンジニアリングの道筋も開ける可能性が考えられているとのこと。ただ、それ以上詳しい情報となると…また新しい報告待ちかなぁ。

コーネル工学部のシブリー機械・航空宇宙工学科で、CROPPSにも関わっているロバート・F・シェパード教授が率いた研究グループの話がある。サイエンスロボティクスっていう雑誌に発表されたそうだが、正直いつだったかはっきりしない。植物も人間みたいに、それぞれ環境への反応が違うらしい。精密農業という考え方では、一株ずつ、そのまわりの土までを対象にして手を加えることを目指す動きが出てきている、と何度か耳にした記憶がある。

気候や環境の変化で、例えば干ばつとか肥料流出とか、農家さんや園芸家には前より大きめな負担になりつつあるようだ。全部じゃないけど、多くの現場で似た課題を抱えている印象もあった。

葉っぱの中へセンサーを埋め込むことで、乾燥気味な状態や肥料多すぎた時など、植物自身への影響をその都度見守れるというアイデア。これによって何か根本的な解決につながるとまでは言い切れないけど、一部では役立ちそうな兆しも見られるんじゃないかな。それと、こういう技術って必ずしも全部の作物や状況に適用できるとは限らなくて、条件次第って感じもする。

まあ…細かい数字は忘れてしまったけど、おそらく七十数件くらい同様の事例報告があったような。でも半分以上は途中経過段階だった気もする。結果についてはまだ確定的じゃないので、新しい情報待ちになるかもしれない。

サイエンス・ロボティクスという雑誌だったか、たしか去年の終わり頃に載っていた論文なんだけど、あの記事では研究チームがあるグリッパーを使って植物に何かを届ける実験について話していた気がする。最初に使われていたのはAquaDustという名前の粒子みたいなもので、この小さなゲル状のものが水分ストレスによって光る性質があるらしい。だから、それで植物の水分状態を直接触れずになんとなく観察できるんだとか。

まあ、数字で言うと七十ちょっととかそんな感じだったかもしれないけど、正確な数値までは覚えていない。ただ、その技術で全部解決するわけじゃなくて、多分他にもいろいろ組み合わせたりしながら使うこともあるんだろうね。詳細は曖昧だけど、一部の研究者には役立つ場面がありそうだと語られていたような…。

二番目のプローブ、RUBYという名前だったかな、これは遺伝子で作られるタイプの生物学的なレポーターで、遺伝子導入が起きた場所に赤っぽい色素が現れる仕組みだとか。最初の著者であるメフメト・メルト・イルマン氏は、前はオーガニックロボティクス研究室にいて、今はトルコの大学で機械工学を教えているそうだ。彼によると、「AquaDustっていうツールが葉っぱ内部の水ストレスを“見える化”してくれた一方で、このRUBYのレポーター遺伝子を注入する細菌を使うことで、その部分だけが遺伝子的に変わったことも“目に見えた”」と言っていた気がする。

ロボットアームか何かで植物の葉っぱの一部だけ局所的に遺伝子操作し、それがまた元通りになる様子を見るのはちょっと不思議な体験だった、と彼も話していた。ただ、その辺り少し曖昧な記憶だけど。ちなみに実験ではヒマワリやコットンなど、普通なら液体浸透しづらい植物でも試したようだ。グリッパー式デバイスは、従来よりも明らかに傷つける度合いが抑えられていて、成功率も七割から八割超くらいにはなったとか聞いたことがある。それと比べて注射器方式だと結構ダメージ大きかったらしい。

あと有効領域についても十二倍…いや数十倍近く広げられたという報告もあったけど、それぞれ条件次第みたいなので必ずしも全ての場合とは限らないっぽい。全体的には従来法より改良されている可能性ありそうだけど、一部ではまだ追加検証が必要なんじゃないかなと思う。

ソフトロボティクスの仕組み、これが最近ちょっと話題になってるみたいです。手を使わずに材料を運ぶとか、均一に広げられる感じらしいですね。コットンみたいな皮が硬い植物でも、傷つけずにやれると聞いたことがあります。ただ、それも状況によるかもしれません。

昔ながらの方法だと、例えば低めの気圧で液体を植物に染み込ませたりするやり方とか、針で葉っぱに直接注射したりというものが主流でした。でも、そのせいで葉っぱが傷んじゃったり、作業自体もかなり手間取ることがあったようです。特に皮が丈夫な種類ではうまくいかないケースもそこそこあったそうです。

園芸用の作物って言えば…果物とか野菜、それから花や観賞用の草木なんかでしょうか。そういう柔らかめの植物は丁寧な処理が必要だから、この技術が役立つ場面は多いかもしれませんね。ただし全部うまく行くとは限らなくて、実際には多少ムラが出ることもあるとか。まあ現場では色々試行錯誤している途中なのかなと思います。

その装置、なんだか柔らかいスポンジみたいな先端を使っていて、その部分にナノ粒子とか遺伝子プローブが染み込ませてあるようだ。圧力もそこまで強くなくて、全体的に均一な感じで葉っぱに触れるんだけど——あれ、正確な数字は忘れたけど、多分七十とか八十種類くらいの葉っぱでも大丈夫だったらしい。設計自体は、どうやらシミュレーションのソフトと3Dプリント技術で何度も調整したとか。アクチュエーターっていう力を出すパーツの形も、そこそこ工夫された様子。

「硬さが低めだから、グリッパー自体が葉っぱの向きや表面に合わせて自然に曲がることもできるし、葉っぱへの影響もそれほど大きくない」とShepherdさんが話していた気がする。まあ絶対ではないと思うけど、大まかな意図はそんな感じなのかもしれない。あと、動きを担当する部分の形状のおかげで、大きく動かせるし、本格的なモーター制御みたいな複雑さがなくても方角を微調整できる……多分そう言っていたような。

実際、その論文（Science Roboticsだったと思う）は来年くらいに発表予定らしいよ。でも記憶違いだったらごめんね。

DOIの番号は、まあ、数十桁あったような。研究について話すと、たぶん最近誰かが「リアルタイムで植物をそこまで傷つけずに観察する道を作ってくれた」と言っていた。シェパードさんだったかな、それとも他の人？ちょっと記憶が曖昧だけど。「柔らかいグリッパーみたいなもので物理的とか生物学的な何かを注入できるなら、今までになかった面白いことが見えてきそうだ」…そんなコメントもどこかで耳にした気がする。

温室とか、ああいう閉じられた環境では、このロボットの仕組みが使われることになりそう、と何となく思う。実際には、ひとつひとつの植物に対して継続的に何かを刺して様子を見る…水分量とか、それっぽいデータを推測するためなんだろうけど。でも、その使い方がすぐ一般化するかどうかはわからないし、多分現場ごとにやり方も違ってくるんじゃないかな。

長い目で見れば、こうしたグリッパーは何か他の診断材料を運んだり回収したりする役割も担えそうだと聞いたことがある。例えば、窒素吸収量とか病気の兆候、それに植物の中で起きている代謝の変化みたいなものまで探れるセンサーなんかも、将来的には使われる可能性があるらしい。新しいナノ粒子というやつも、そのうち増えていって、植物の健康状態について今より色々分かるようになる、とシェパード氏はどこかで話していた気がする。そうなると、多分収穫量もちょっとは増えるし、無駄になる部分も減るんじゃないかなあと予想されている。

グリッパー自体は今、温室向けロボットアームへの組み込みを進めている途中だそうで、本格的に外でも使える仕組みにできたら面白そうだなと思う人もいるみたい。実際、それが実現すれば影響範囲は今よりもっと広くなりそうだ、と彼も述べていた。ただ、温室から外に持ち出せるまでにはまだ課題も残っていそうで……まあ、そのあたりはこれから少しずつ詰めていくんじゃないかな。

湖への廃棄物の流入を抑えることに、かなり関心を持っている人がいるらしい。藻類の異常発生を防ぐためには、こういうアプローチが役立つかもしれない。ただ、それだけじゃ何とも言えなくて、最近はボイス・トンプソン研究所とか、化学バイオ分野っぽいスミススクール、それと農業や植物科学を扱う学部なんかからも共同で色んな話題が出てきているみたい。
どこかで見たけど、イルマンさんっていう研究者が中心になっていたような論文で、「葉っぱの上から直接複数種を増やして、その様子を光で観察したり、生体工学的な応用につなげたりする手法」について書いてあった気がする。ソフトロボットも使われていたらしいけど、細かい内容は記憶が曖昧だし、いつ発表だったかも正確じゃないけど、おそらく来年くらいのScience Robotics誌に載る予定だったような。DOI番号もあったはずだけど…詳しく知りたい場合は原著に当たる方がよさそうだ。

やわらかなロボットのグリッパーが、植物の葉っぱにセンサーや遺伝子をちょっとだけ注入する、みたいな話が、来年の初夏くらいに報じられていたようです。何日だったか、正確には思い出せませんが、六月中旬あたりに公開された記事を後で誰かが読んだとか。リンクもどこかで見た気がしますけど、この内容自体は私的な調べものや勉強以外では、そのまま使ったり再配布したりしない方が良さそうです。細かい数字なんてほとんど出てこなくて、「七十以上」って感じの技術者たちが関わっているとも聞いたことがあります。

情報提供自体は主に参考程度の意味合いだったらしくて、本当にすべて正しいかどうかは断言できません。著作権についても何か注意書きがありましたし、一部抜粋して利用する場合でも、ちゃんと許可を得る必要があるようです。農業分野でこういう技術が今後どう展開されるのか…詳しいことはまだ何とも言えない段階でしょうね。