リモコン動物

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脳に電気刺激を与えるために使用される実験用ラットの慢性皮質下電極インプラント。

遠隔操作動物は、人間によって遠隔操作される動物です。一部のアプリケーションでは、通常は動物の背中に搭載されているレシーバーに接続された動物の神経系に電極を埋め込む必要があります。動物は無線信号を使用して制御されます。電極は、ロボットを制御するかのように、動物を直接動かすことはありません。むしろ、それらは人間のオペレーターが望む方向または行動を合図し、動物が従う場合は動物の報酬センターを刺激します。これらは、バイオロボットまたはロボアニマルと呼ばれることもあります。それらはサイボーグと見なすことができます電子機器と有機的な生命体を組み合わせているからです。必要な手術とそれに伴う道徳的および倫理的問題のために、特に動物福祉動物の権利に関して、遠隔操作動物の使用を目的とした批判がありました。動物を制御するために超音波で脳を刺激する同様の非侵襲的アプリケーションが報告されています。一部のアプリケーション(主に犬に使用)は、振動または音を使用して動物の動きを制御します。

いくつかの種の動物は、遠隔操作に成功しています。これらには、 甲虫[1] ゴキブリ[2] [3] ラット[4] ツノザメ[5] マウス[6]ハトが含まれます。[6]

遠隔操作動物は、捜索救助活動または他のさまざまな用途のための使役動物として指示および使用することできます

哺乳類

ラット

いくつかの研究では、脳に埋め込まれたマイクロ電極を使用してラットの遠隔制御を調べ、ラットの報酬中心を刺激することに依存しています。3つの電極が埋め込まれています。2つ視床の腹側後外側核にあり、左右のひげから顔の感覚情報を伝えます。3つ目は、ラットの報酬プロセスに関与する内側前脳束にあります。この3番目の電極は、やりがいのある電気刺激を与えるために使用されますラットが左または右に正しい動きをしたときに脳に。トレーニング中、オペレーターはラットの左または右の電極を刺激して、障害物に接触したかのように、対応するひげのセットに触れたように「感じ」ます。その後、ラットが正しい反応を示した場合、オペレーターは3番目の電極を刺激することでラットに報酬を与えます。[4]

2002年、ニューヨーク州立大学の科学者チームは、最大500m離れた場所にあるラップトップからラットを遠隔操作しました。ネズミは、左または右に曲がり、木やはしごを登り、瓦礫の山をナビゲートし、さまざまな高さからジャンプするように指示される可能性があります。彼らは、ネズミが通常避けている明るく照らされたエリアに命じることさえできました。ネズミは、災害地域に閉じ込められた人々にカメラを運ぶために使用できることが示唆されています。[4] [7] [8]

2013年に、研究者は、200mの範囲で自由に歩き回るラットを遠隔制御するための無線遠隔測定システムの開発を報告しました。ラットが着用するバックパックには、メインボードとFMトランスミッター-レシーバーが含まれており、2相の微小電流パルスを生成できます。システム内のすべてのコンポーネントは市販されており、サイズ(25 x 15 x 2 mm)と重量(バッテリーで10 g)を減らすために表面実装デバイスから製造されています。[9]

倫理と福祉の懸念

そのような研究の倫理について懸念が提起されている。この分野の先駆者の一人であるSanjivTalwarでさえ、「これが受け入れられるかどうかを確認するには、幅広い議論が必要になるだろう」と「ここには否定できない倫理的問題がある」と述べた。[10]他の場所では、彼は「アイデアは少し不気味に聞こえる」と言ったと言われています。[4]生き物を人間の直接の指揮下に置くという考えに反対する人もいます。 「それは恐ろしいことであり、人間の種が他の種をどのように計測するかについてのさらに別の例です」と、動物ベースの研究の代替案に資金を提供しているハートフォードシャー(英国)に拠点を置くDr HadwenTrustのGillLangleyは言います。 [4]ラトガーズ大学法学部の動物福祉法の専門家であるゲイリー・フランシオンは、ラットが誰かの管理下で活動しているため、「動物はもはや動物として機能していない」と述べています。[4]そして問題は、刺激がラットに行動を強制するか、または報いるかどうかを超えています。「これらの電極を埋め込むことにはある程度の不快感が必要です」と彼は言いますが、それを正当化するのは難しいかもしれません。タルワールは、動物の「ネイティブインテリジェンス」は、動物がいくつかの指示を実行するのを防ぐことができると述べましたが、十分な刺激があれば、このためらいは克服できる場合もありますが、できない場合もあります。[11]

非侵襲的方法

ハーバード大学の研究者は、人間とSprague-Dawleyラットの間にブレインツーブレインインターフェース(BBI)を作成しました。適切な考えを考えるだけで、BBIは人間がラットの尻尾を制御できるようにします。人間はEEGを着用します麻酔をかけたラットは集束超音波(FUS)コンピューター-脳インターフェース(CBI)を備えていますが、ベースのブレイン-コンピューターインターフェース(BCI)。 FUSは、超音波信号(350 kHzの超音波周波数、0.5 msのトーンバースト持続時間、1 kHzのパルス繰り返し周波数、300 msの持続時間で与えられる)を使用して、研究者がラットの脳のニューロンの特定の領域を励起できるようにする技術です。 FUSの主な利点は、ほとんどの脳刺激技術とは異なり、非侵襲的であるということです。人間がコンピューター画面で特定のパターン(ストロボライトのちらつき)を見ると、BCIはコマンドをラットのCBIに伝達します。これにより、超音波がラットの運動皮質の領域に照射されます。尻尾の動きを担当します。研究者は、人間のBCIの精度は94%であり、画面を見ている人間からラットの尻尾の動きまで、通常約1.5秒かかると報告しています。[12] [13]

ラットを非侵襲的に制御する別のシステムは、背中に超音波表皮LED光刺激装置を使用しています。システムは、指定された電気刺激をラットの聴覚、痛み、視覚にそれぞれ伝達するコマンドを受け取ります。3つの刺激は、ラットのナビゲーションのためにグループで機能します。[14]

他の研究者は、ラットの人間による遠隔制御を省き、代わりに一般回帰ニューラルネットワークアルゴリズムを使用して人間の操作の制御を分析およびモデル化しました。[15]

犬は災害救援、犯罪現場、戦場でよく使われますが、ハンドラーの命令を聞くのは必ずしも簡単ではありません。マイクロプロセッサ、無線ラジオ、GPS受信機、姿勢および方位基準システム(基本的にはジャイロスコープ)を含むコマンドモジュールを犬に取り付けることができます。コマンドモジュールは、振動または音のコマンド(ハンドラーによって無線で配信される)を犬に配信して、犬を特定の方向に誘導したり、特定のアクションを実行したりします。制御システムの全体的な成功率は86.6%です。[7]

マウス

脳インプラントを使用したハトの遠隔制御の開発を担当する研究者は、2005年にマウスで同様の成功した実験を実施しました。[6]

無脊椎動物

1967年、フランツフーバーは昆虫の脳への電気刺激を開拓し、キノコ体の刺激が運動の抑制を含む複雑な行動を誘発することを示しました。[16]

ゴキブリ

米国を拠点とする企業BackyardBrainsは、「世界初の市販のサイボーグ」と呼ばれる遠隔操作のゴキブリキット「RoboRoach」をリリースしました。このプロジェクトは、2010年にミシガン大学の生物医学工学の学生シニアデザインプロジェクトとして開始され[17] 、 2011年2月25日に利用可能なベータ製品として開始されました。 [18] RoboRoachは、 TEDグローバルでのTEDトークを通じて正式に本番環境にリリースされました。会議[19]および2013年のクラウドソーシングWebサイトKickstarter [20]を介して、キットを使用すると、学生は微小刺激を使用できます。Bluetooth対応のスマートフォンをコントローラーとして使用して、歩くゴキブリの動き(左右)を瞬間的に制御します。 RoboRoachは、動物の遠隔操作のために一般に利用可能な最初のキットであり、神経科学への関心を促進するための教材として機能するデバイスとして、米国国立精神衛生研究所から資金提供を受けました[19]この資金提供は、RoboRoach微小刺激と、パーキンソン病脳深部刺激療法)および難聴人工内耳)の治療に使用される微小刺激との類似性によるものでした。)人間の場合。RSPCA [21]PETA [22]を含むいくつかの動物福祉団体は、このプロジェクトにおける動物の倫理と福祉について懸念を表明しています。

ノースカロライナ州立大学の別のグループは、リモートコントロールゴキブリを開発しました。NCSUの研究者は、Xbox Kinectでゴキブリの位置を追跡しながら、ゴキブリがたどる経路をプログラムしました。システムはゴキブリの動きを自動的に調整して、ゴキブリが所定の経路に留まるようにしました。[23]

カブトムシ

Zophobas morio [24](左)とMecynorrhina torquata [25](右)に基づいて開発されたサイボーグ甲虫

2009年には、国防高等研究計画局(DARPA)が資金提供した実験中に、Cotinustexanaとはるかに大きなMecynorrhinatorquata甲虫の飛行運動の遠隔制御が達成されまし電子機器とバッテリーの重量は、ラジコンの下で自由に飛ぶのに十分な強さを持っているのはメシノリナだけであることを意味しました。昆虫の視神経葉に送られた特定の一連のパルスは、昆虫が飛ぶように促しました。飛行時間の平均はわずか45秒でしたが、1回は30分以上続きました。単一のパルスにより、カブトムシは再び着陸しました。脳底動脈の飛行筋の刺激コントローラーが昆虫を左または右に向けることができましたが、これは刺激の75%でしか成功しませんでした。各操作の後、カブトムシはすぐに立ち直り、地面と平行に飛行し続けました。2015年、研究者は、折り畳み翼の筋肉に適用されるパルス列を変更することにより、飛行中のカブトムシの操舵を微調整することができました。[26] [27]最近、シンガポールの南洋理工大学の科学者は、長さ2cmから2.5cm、重量が電子バックパックを含めてわずか1 gの小さなゴミムシダマシ(Zophobas morio)で、段階的な方向転換と後方歩行を実証しました。とバッテリー。[24] [28]カブトムシは捜索救助任務に使用できることが示唆されていますが、動きからエネルギーを収集する現在利用可能なバッテリー、太陽電池、圧電素子は、電極や無線送信機を長時間稼働させるのに十分な電力を供給できないことが指摘されています。[1] [29]

ショウジョウバエ

ショウジョウバエを使用した作業では、刺激電極が不要になり、レーザービームを使用して事前に指定されたショウジョウバエニューロンの活動電位を誘発する3部構成のリモートコントロールシステムが開発されました。リモートコントロールシステムの中心的なコンポーネントは、ATPによってゲート制御されるリガンド依存性イオンチャネルです。ATPが適用されると、外部カルシウムの取り込みが誘発され、活動電位が生成されます。リモートコントロールシステムの残りの2つの部分には、中枢神経系に注入される化学的にケージに入れられたATPが含まれますハエの単純な目を通して、そして注入されたATPをアンケージングすることができるレーザー光。昆虫の巨大な繊維システムは、昆虫の飛行を刺激し、筋肉をジャンプさせることができる脳内の一対の大きな介在ニューロンで構成されています。レーザー光の200ミリ秒のパルスは、ハエの60%〜80%でジャンプ、翼の羽ばたき、またはその他の飛行運動を誘発しました。この周波数は、巨大繊維システムの直接電気刺激で観察される周波数よりも低いですが、ライトオフ刺激などの自然刺激によって誘発される周波数よりも高くなっています。[16]

サメ

アブラツノザメは、サメの脳の奥深くにある電極を水槽の外にある遠隔操作装置に埋め込むことで、遠隔操作されています。ワイヤーに電流を流すと、サメの嗅覚が刺激され、海の血に向かって動くように動物が向きを変えます。より強い電気信号(より強い匂いを模倣する)は、サメをより鋭く回転させます。1つの研究は、国防高等研究計画局(DARPA)からの600,000ドルの助成金によって資金提供されています。[30]そのようなサメは、爆発物を検出するセンサー、またはインテリジェンス写真を記録するカメラを使用して敵対的な海域を検索できることが示唆されています。軍隊の外では、同様のセンサーが油流出を検出したり、自然の生息地でのサメの行動に関するデータを収集したりする可能性があります。遠隔操作のサメを扱う科学者は、刺激しているニューロンが正確にわからないことを認めているため、サメの方向を常に確実に制御できるとは限りません。サメはいくつかの訓練の後にのみ反応し、いくつかのサメはまったく反応しません。研究は、遠隔操作された人間や狂乱索餌の狂気のサイボーグサメをフィーチャーしたホラー映画をほのめかすブロガーからの抗議を促しました。[5]

別の手法は、サメの鼻に取り付けられた小さなガジェットを使用して、必要に応じてイカのジュースを放出することでした。[7]

爬虫類

カメ

遠隔操作のカメのビデオ

韓国の研究者は、完全に非侵襲的なステアリングシステムを使用してカメの動きを遠隔操作しました。ミシシッピアカミミガメ(Trachemys scripta elegans)は、カメの自然な障害物回避行動を操作することにより、特定の経路をたどるように作られました。これらのカメは、何かが一方向への進路を遮っていることを検出すると、それを回避するために移動します。研究者たちは、黒い半円筒をカメに取り付けました。「バイザー」はカメの後端の周りに配置されましたが、マイクロコントローラーとサーボを使用して回転しましたモーターを左または右に動かして、片側のカメの視界を部分的に遮ります。これにより、カメはその側で回避する必要のある障害があると信じるようになり、それによってカメが反対方向に移動するように促されました。[7]

ヤモリ

一部の動物は、体全体ではなく、体の一部を遠隔操作しています。中国の研究者は、マイクロステンレス鋼電極を介してヤモリの中脳G. gecko )を刺激し、刺激中のヤモリの反応を観察しました。脊椎の屈曲や四肢の動きなどの運動反応は、中脳のさまざまな深さで誘発される可能性があります。中脳水道周囲灰白質領域の刺激は同側の脊椎の屈曲を誘発し、腹側被蓋野の刺激は対側の脊椎の屈曲を誘発した。[31]

ハト

2007年、中国東部の山東科技大学の研究者は、ハトの脳に微小電極を埋め込み、ハトを遠隔操作して右または左、または上または下に飛ばせるようにしました。[6]

使用と正当化

遠隔操作された動物にはいくつかの潜在的な用途があると考えられており、いくつかの危険な状況での人間の必要性に取って代わります。追加の電子機器を搭載すれば、その用途はさらに広がります。カメラやその他のセンサーを備えた小さな生き物は、建物が倒壊した後の生存者を探すときに役立つと提案されています。ゴキブリやネズミは小さく、瓦礫の下に入るのに十分な操作性があります。[3] [4]

特に監視の分野では、遠隔操作された動物の軍事的使用が提案されています。[4] [5]遠隔操作のツノザメは、軍用イルカの使用に関する研究に例えられています。[5]地雷の除去には、遠隔操作のラットを使用できることも提案されています。[4]他の提案された応用分野には、害虫駆除、地下地域のマッピング、および動物行動の研究が含まれます。[4] [5]

制御された動物と同じ行動をとることができるロボットの開発は、技術的に困難で費用がかかることがよくあります。[4]許容可能なペイロードと飛行期間を持ちながら、飛行を再現することは非常に困難です。昆虫を利用し、その自然な飛行能力を使用すると、パフォーマンスが大幅に向上します。[29]したがって、「安価な有機代替品」の入手可能性により、他の方法では現在入手できない小型で制御可能なロボットの開発が可能になります。[4]

同様のアプリケーション

一部の動物は遠隔操作されますが、左または右に移動するように指示されるのではなく、動物が前進するのを妨げられるか、またはその行動が他の方法で変更されます。

ショックカラー

ショックカラーを着た犬

ショックカラーは、犬のカラーに組み込まれた無線制御の電子機器を介して、さまざまな強度と持続時間の電気ショックを首または犬の体の他の領域に送ります。一部のカラーモデルには、ショックの代わりに、またはショックと組み合わせて、トーンまたはバイブレーションの設定も含まれています。ショックカラーは現在すぐに利用可能であり、行動変容、服従訓練、ペットの封じ込めなどのさまざまな用途で使用されているほか、軍隊、警察、サービスの訓練でも使用されています。他の動物にも同様のシステムが利用できますが、最も一般的なのは飼い犬用に設計された首輪です。

ショックカラーの使用は物議を醸しており、それらの安全性と有効性に関する科学的証拠はまちまちです。[要出典]いくつかの国では、その使用を禁止または規制しています。一部の動物福祉団体は、それらの使用に対して警告したり、それらの使用または販売の禁止を積極的に支持したりしています。[要出典]販売に制限を課したいという人もいます。一部のプロの犬のトレーナーとその組織は、それらの使用に反対し、一部はそれらを支持します。それらの使用に対する支持または一般大衆からの禁止の要求はまちまちです。

見えない柵

2007年に、連邦科学産業研究機構の科学者が、国境のないウシと呼ばれるプロジェクトで全地球測位システム(GPS)を使用してプロトタイプの「見えない柵」を開発したことが報告されました。このシステムは、仮想境界に近づいたときに牛に警告する音を発する電池式の首輪を使用しています。牛が近づきすぎると、首輪から警告音が鳴ります。それが続くと、牛は250ミリワットの電気ショックを受けます。境界線はGPSによって描画され、コンピューター上の線としてのみ存在します。ワイヤーや固定送信機は一切ありません。牛は警告音を聞いたとき、後退することを学ぶのに1時間もかかりませんでした。科学者たちは、商業ユニットが最大10年先にあることを示しました。[32]

別のタイプの目に見えないフェンスは、無線信号を送信する埋め込みワイヤーを使用して、「フェンスで囲まれた」動物が着用するショックカラーをアクティブにします。システムは3つの信号で動作します。1つ目は視覚的(フェンスで囲まれた領域の周囲に間隔を置いて配置された白いプラスチックの旗)、2つ目は可聴(それを身に着けている動物が埋設ケーブルに近づくと首輪が音を発する)、そして最後に電気ショックがあります彼らはフェンスに到達しました。[33]

他の目に見えない柵は無線です。埋め込みワイヤを使用するのではなく、中央ユニットから無線信号を発信し、動物がユニットから特定の半径を超えて移動するとアクティブになります。

も参照してください

参考文献

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外部リンク