Flight of the RoboBees


By Robert Wood /Radhika Nagpal/Gu-Yeon Wei R. ウッド /R. ナグパル/G.-Y. ウェイ
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Not too long ago a mysterious affliction called colony collapse disorder (CCD) began to wipe out honeybee hives. These bees are responsible for most commercial pollination in the U.S., and their loss provoked fears that agriculture might begin to suffer as well. In 2009 the three of us, along with colleagues at Harvard University and Northeastern University, began to seriously consider what it would take to create a robotic bee colony. We wondered if mechanical bees could replicate not just an individual’s behavior but the unique behavior that emerges out of interactions among thousands of bees. We have now created the first RoboBees—flying bee-size robots—and are working on methods to make thousands of them cooperate like a real hive.  しばらく前,蜂群崩壊症候群(CCD)という謎の病気がミツバチの巣箱を襲うようになった。ハチは米国の農作物の授粉の大半を担っており,ミツバチが失われると農業も崩壊しかねないとの懸念が広がった。私たち著者3人は2009年,ハーバード大学とノースイースタン大学の共同研究者とともに,ハチ型ロボットのコロニーを作ったらどうだろうかと真剣に考え始めた。機械式のハチによって,個々のミツバチの挙動だけでなく,何千匹ものハチの相互作用から生まれてくるユニークな行動も再現できるのではないかと考えたのだ。私たちは現在,ハチと同サイズの飛行ロボット「ロボビー(RoboBees)」を製作し,多数のロボビーを本物のハチの群れのように協力させる方法を探っている。
Superficially, the task appears nearly impossible. Bees have been sculpted by millions of years of evolution into incredible flying machines. Their tiny bodies can fly for hours, maintain stability during wind gusts, seek out flowers and avoid predators. Try that with a nickel-size robot.  ちょっと考えただけでは,そんなことは不可能に思えるだろう。ハチは長い進化の歴史のなかで,驚異的な飛行マシンになった。その小さな身体で何時間も飛び続け,突風のなかでも安定を保ち,花を見つけ出し,天敵を避けている。それを5セント硬貨くらいの小さなロボットにやらせるなんて。
Now consider the hive. A bee colony appears to have no supervisor and no centralized authority. Yet colonies of tens of thousands of honeybees intelligently divide their labor to accomplish tasks critical for the health of the overall hive. When the hive requires more pollen, additional bees forage; when the hive requires tending, the bees stay home. And when something goes wrong—perhaps a queen dies unexpectedly—the bees rapidly adapt to the changing circumstances. How does such a large colony make these complex decisions—without taking forever or causing havoc through miscommunication—if no one is in charge?  でも,ハチの群れを考えてみよう。ハチのコロニーには特定の監督者も権力者もいない。それでも何万匹ものミツバチの群れが理知的に労働を分担して,群れ全体の安寧に欠かせない仕事を成し遂げている。群れとして花粉が必要なときには派遣する働きバチを増やし,子育てが必要なときには多くが巣にとどまる。そして,女王蜂の急死など何かまずいことが起こると,その環境変化に速やかに適応する。これほどの大集団が,あまり時間をかけず,情報の伝達ミスで大混乱することもなく,こうした複雑な判断をどのように下しているのだろうか? 統率者がいるわけでもないのに。
A robot hive could do much more than just pollinate flowers (although agriculture is one potential use). Indeed, small, agile, simple, inexpensive robots could perform many tasks more effectively than a few highly capable ones. For example, consider a rescue worker with a box full of 1,000 RoboBees—a package that would weigh less than a kilogram. The RoboBees could be released at the site of a natural disaster to search for the heat, sound or exhaled carbon dioxide signature of survivors. If only three of the robots accomplish their task while the others fail, this is a success for the swarm. The same cannot be said about the current generation of $100,000 rescue robots.  ハチ型ロボットの群れは花の授粉だけでなく,多くのことが可能だろう。小さくて機敏で,シンプルで,安価なロボットを群れとして使えば,少数の高性能ロボットよりもずっと効率的に多くの仕事を実行できる。例えば1000匹のロボビーが入った箱(重さ1kg足らずだ)を救助隊員に持たせるとしよう。自然災害の現場に運んでロボビーを放つと,熱や音,息に含まれる二酸化炭素など,生存者のサインを探し出す。群れの大半が発見に失敗しても,例えば3匹が生存者を見つけ出したら,群れとしての仕事は成功だ。1台10万ドルもする現在の救助ロボットでは,こうはいかない。
Yet a colony of robotic bees imposes a huge number of technological challenges. These tiny robots would stretch no more than a few centimeters from end to end and weigh around half a gram—about 100th the weight of the world’s lightest autonomous flying craft. That minuscule package must hold each bee’s flight system, its electronic brain and vision system, and the controls that govern how that bee interacts with other members of its hive. Recent progress in materials science, sensor technology and computing architecture are putting those goals in reach.  だが,ハチ型ロボットの群れを実現するには多くの技術的課題がある。全長数cm,重さは1gを超えない必要があるだろう。現在世界最軽量の自動飛行マシンに比べて1/100の重さだ。小さなパッケージのなかに,ハチの飛行システムと電脳,視覚系,群れの他のメンバーとどう相互作用するかをつかさどる制御系をすべて詰め込まねばならない。しかし近年の材料科学とセンサー技術,コンピューター設計の進歩のおかげで,その目標に手が届くようになりつつある。