【理科】生物とロボットの融合!心筋細胞で造られたロボットを高校生物的に見る

心筋細胞で造られた超小型ロボット登場!

サイボーグ。生物である人間と機械(ロボット)を融合させて圧倒的な強さで敵をやっつける。子供のころよく見たヒーローものです。このサイボーグが現実のものとなりつつあります。生物の筋肉の細胞をロボットに組み込んで造られたロボットが開発されました。

ハーヴァード大学の研究チームが、ラットの心臓の筋肉である心筋約20万個を使ってロボットを開発しました。海の中を効率的に泳ぐエイの姿からヒントもらい、水の中を優雅に泳ぐ「エイ型ロボット」を開発。光の信号を与えると進行方向とスピードが調整できるようです。

エイのヒレは、エネルギー効率が非常によく、使用するエネルギーを最小限に抑えつつ、最大限の運動を生み出せるしくみになっています。波のような動きでヒレを動かすことで、エネルギー消費を抑えつつ海の中を優雅に泳ぎます。このエイの効率的な動き真似て、ハーヴァード大研究チームは、ラットの心筋細胞を使った超小型ロボットを開発しました。細胞は光に反応するように遺伝子操作されているため、光の信号を送ることでロボットの動きをコントロールできます。

今回はこの心筋細胞で造られた超小型ロボットに関連付けて、高校生物の筋肉について復習しておきましょう!

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高校生物的に今回の「エイ型ロボット」を見てみよう!

今回は外部刺激からの反応に関するテーマ「効果器」で登場した「」について復習を行っていきましょう。エイ型ロボットでは光刺激に反応するように遺伝子操作されていましたが、本来なら電気刺激(活動電位)が生じ、それが筋肉に届くと筋収縮が起こりましたね。

高校生物『骨格筋』と『心筋』『平滑筋』

エイ型ロボットに導入されているのは、ラットの心筋細胞でしたが、高校の生物では筋肉は『骨格筋』『平滑筋』そして『心筋』があることを学習しましたね。

骨格筋はその名の通り、骨格を形成する筋肉で腕の筋肉や足の筋肉のことを指しています。細い筋細胞である筋繊維が集まって骨格筋を形成しているので、その模様から横紋筋と呼ばれたりします。筋繊維には筋原繊維が多数詰まっていて、縞模様を作っています。明るく見える部分を明帯、暗く見える部分を暗帯といいました。明帯はアクチンフィラメントの部分で光を通しやすく明帯になります。一歩の暗帯はミオシンフィラメントで構成されていて、光が通りにくいので暗帯になります。

平滑筋は内臓の運動に関する筋肉で、意思とは関係なく動くので不随意筋と言ったりします。平滑筋は骨格筋と比べると収縮速度は遅いですが疲れにくい特徴を持つ筋肉で、常時内臓を運動させています。

心筋は心臓を構成する筋肉で、骨格筋に近い特徴を持っていますが、こちらも意志とは関係なく動く不随意筋になります。

出典:amanaimages.com

出典:amanaimages.com

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