ガストロボット

ガストロボットは文字通り「胃の ロボット」を意味し、1998 年にサウスフロリダ大学研究所所長のスチュアート ウィルキンソン博士によって造られた用語です。ガストロボットとは、「すべてのエネルギー必要量を実際の食物の消化から得るインテリジェント マシン (ロボット)」です。ガストロボットのエネルギー摂取は、炭水化物、脂質などの形で行われる場合もあれば、アルコールなどのより単純な源である場合もあります。

このロボットによく使われるエネルギー源は、炭水化物とタンパク質の混合物です。ロボットはこれらの分子を微生物燃料電池（MFC）から得て、食物をガスやその他の潜在エネルギーに変換します。ガスと液体は、水素燃料電池などの燃料として役立ち、より多くのエネルギーを生み出すほか、ガストロボットの機構を動かすのに役立つその他のガスにもなります。

これらのロボットは、侵入種を排除して特定の生態環境を維持するなど、いわゆる「スタートアンドフォーゲット」ミッションを実行できる可能性があります。ロボットは、人工知能 ソフトウェアへの光センサー入力を使用して、エネルギー変換のために何を食べることができるかを判断する可能性があります。

ガストロボティクスは、ユーザーが人間の監視なしで長期間自立型ロボットを展開することを可能にする。今日の一般的なロボットは、ソーラーパネル、バッテリー、またはその他のエネルギー源で駆動しており、バッテリー交換などの人間の監視がないと信頼性が低下する傾向がある。他のロボットは充電するためにプラグを差し込む必要があるため、常に電源コンセントにアクセスする必要があるため、範囲が制限される。ソーラーパワーのロボットはより自立しているが、効率を上げるには大きなソーラーパネルの表面積が必要である。これによりかさばり、効率を維持するには天候条件とパネルの清潔さに依存する。ガストロボティクスは、利用可能な天然資源だけで生きられるかもしれない。この新しい技術の主な目的は、人間の監視が不可能または望ましくないミッションに行けるロボットを作ることである。^[1]

いくつかの例を挙げると

• 芝刈りくずで動く自動芝刈り機。
• 落ち葉や果物で動く果物摘みや土壌検査ロボット
• 自らの環境から動力を得る探査ロボット
• 海の探検：海藻と藻類
• 森林探検：草、果物、野菜

ガストロボティクスのエネルギー源は、主に微生物燃料電池の使用に焦点を当てています。微生物燃料電池は、電気を生成するために酸化還元反応を必要とします。微生物燃料電池はバクテリアを使用しますが、バクテリアに餌を与える必要があります。燃料電池には通常、イオン交換膜で分離された陽極端子と陰極端子の 2 つの区画があります。

まず、アノードチャンバーで、バクテリアが有機物から電子を取り出し、その電子を炭素電極に渡します。次に、電子はイオン交換膜を通ってカソードチャンバーに移動し、そこで陽子と酸素と結合して水を形成します。アノードからカソード端子に流れる電子は、電流と電圧を生成します。この時点から、水素燃料電池を使用して微生物燃料電池からのエネルギーを増幅する研究が進められています。水素燃料電池は、微生物燃料電池の副産物を使用して、より多くの材料を消費することなく、より多くのエネルギーを生成します。Gastrobot の要件は次のとおりです。

• 収穫: 現実世界から食べ物を収集でき、消費するために食べ物をつかむ何らかのアームまたはその他のメカニズムを備えている必要があります。
• 咀嚼: 食べ物を「噛む」、つまりシステムのために小さな断片に分解するための何らかの口が必要です。
• 摂取：「食道」は食物を「口」から微生物の燃料電池まで移動させる必要があります。
• 消化：微生物の燃料電池「胃」はエネルギーを生成する必要があります。
• 排便：ガストロボットは老廃物が蓄積するのを防ぐために排泄物を除去しなければならない。^[2]

ガストロボットにとって最適な燃料源は、炭水化物を多く含むものである。野菜、果物、穀物、昆虫、葉っぱなどがよい候補である。しかし、尿、嫌気性汚泥（生分解性廃棄物や下水）、埋立地浸出液などの有機廃棄物も消費することができる。肉も燃料となるが、脂肪分が多すぎて効率的ではない。^[3]

ガストロボティクスの将来は社会に多くの潜在的な利益をもたらします。

• ロボットの独立性: 優れたガストロボットは、タスクを実行するために人間の監督を必要としません。独立性により、人間が他のタスクに取り組むことができるようになり、効率が向上します。
• 環境に優しい燃料源：ガストロボットは、食物を分解することで、完全に環境に優しい燃料源で稼働する可能性があります。食物がエネルギーに分解された後、残るのはHです。
  ₂OとO
  ₂（水と酸素）。このタイプのエネルギー源により、ロボットは汚染を増やすことなく機能できるようになるかもしれません。

ガストロボットはまだ開発の初期段階にあり、多くの課題に直面しています。

• 効率:現在のプロトタイプは非効率的です。約 15 分間の運動に約 18 時間の「カーボローディング」が必要です。これは実際のアプリケーションでは役に立ちません。
• 採餌:ガストロボットが食べ物を探し、識別し、獲得できるように開発する必要があります。
• 知能:ガストロボットが現実世界の多くのアプリケーションで効率的に機能するには、より高い処理能力と高度なソフトウェアが必要です。ガストロボットは、消費可能な食品を見つけ、識別し、獲得できなければなりません。また、任務の指示に従いながら、新しい環境を識別し、適応できなければなりません。
• 操縦性: 現在のプロトタイプの操縦性は非常に低いです。ロボットが動き回るには、潜在的な燃料源をつかみ、収穫し、移動させる能力も必要です。さらに、ロボットは電子食欲計のように、一度に食べる食物の量を調整する必要があります。ロボットが有機物を消費しすぎると、過負荷になり、詰まる可能性があります。さらに、いつ食物を探すべきかを知る必要があります。

ロボットがより自立的になるにつれ、より従順でなければなりません。ロボットが「ミッション」に出ているときは、「どんな犠牲を払ってでも任務を遂行する」という考え方ではなく、周囲のロボットに敏感でなければなりません。^[4]

• ヴォーカンソンが18世紀に創作した『ダイジェスティング・ダック』。
• ベンダー– 一般的なアルコールで「生きる」西暦 3000 年の漫画ロボット。
• 映画「ランナウェイ」にはナメクジを食べるロボットが登場します。

• ガストロボッツ公式サイト
• サウスフロリダ大学ガストロボティクス研究所
• ガストロボットのチューチュー
• Chew Chewに関するNew Scientist誌の記事
• フライフィードエコボット
• ナメクジを食べるロボット
• ガストロボットに関する記事| .PDF (258 KB)