大規模な開発により、完全につながれていないソフトロボットに近づく

ハーバード大学ジョン A. ポールソン工学応用科学大学院 (SEAS) とカリフォルニア工科大学の研究者は、折り紙からインスピレーションを得た新しいソフト ロボット システムを開発しました。 これらの新しいシステムは、外部刺激に応じて移動したり形状を変えることができます。 新しい開発により、私たちは完全につながれていないソフトロボットの実現に近づきます。 私たちが今日所有しているソフトロボットは、外部の力と制御を使用します。 このため、ハード コンポーネントを備えたオフボード システムに接続する必要があります。 

この研究は 科学ロボティクス。 SEASの生物学的インスピレーション工学のハンスヨルグ・ウィス教授であり、この研究の共同筆頭著者であるジェニファー・A・ルイスは、新たな展開について語った。 

「3D プリントされたオブジェクト内に活性材料を統合できる能力により、全く新しい種類のソフト ロボット マターの設計と製造が可能になります」と彼女は言いました。 

研究者らは折り紙をモデルとして使用し、多機能のソフトロボットを作成した。 折り紙は、連続して折り畳むことにより、単一の構造のままで複数の形状や機能に変化することができます。 研究チームは、熱にさらされると形状を変化させることができる液晶エラストマーを使用した。 チームは 3D プリントを利用して XNUMX 種類のソフト ヒンジを作成しました。 これらのヒンジは温度に応じて折りたたまれ、特定の順序で折りたたまれるようにプログラムできます。 

Arda Kotikan は SEAS および大学院芸術科学研究科の大学院生であり、この論文の共同筆頭著者です。 

「アクティブ ヒンジを 3D プリントする当社の方法では、温度応答、ヒンジが発揮できるトルク量、曲げ角度、折り曲げ方向を完全にプログラムできます。 私たちの製造方法は、これらの活性成分を他の材料と統合することを容易にします」と彼女は言いました。 

コナー・マクマハンはカリフォルニア工科大学の大学院生であり、この論文の共同筆頭著者でもあります。 

「ヒンジを使用すると、ロボットの機能をプログラムしたり、ロボットの形状がどのように変化するかを制御したりすることが容易になります。 ソフトロボットのボディ全体を予測が難しい方法で変形させる代わりに、構造のいくつかの小さな領域が温度の変化にどのように反応するかをプログラムするだけで済みます。」と彼は言いました。

研究者チームは複数のソフトデバイスを構築した。 これらのデバイスの 8 つは、「Rollbot」と呼ばれる、つながれていないソフト ロボットでした。 最初は長さ4センチ、幅200センチの平らなシートから始まります。 約 XNUMX°C の高温の表面と接触すると、XNUMX 組のヒンジが折り畳まれ、ロボットが五角形の車輪の形になります。 

ホイールの XNUMX つの側面のそれぞれには、高温の表面に接触すると折り畳まれるヒンジのセットがさらにあります。 

「既存のソフト ロボットの多くは、外部の電源や制御システムへのテザーを必要とするか、発揮できる力の量に制限があります。 これらのアクティブ ヒンジは、テザーが現実的ではない環境でもソフト ロボットが動作し、ヒンジよりも何倍も重い物体を持ち上げることができるため、有用です」とマクマハン氏は述べています。

実施されたこの研究は、温度応答のみに焦点を当てていました。 将来的には、液晶エラストマーは光、pH、湿度、その他の外部刺激にも応答できるため、さらに研究される予定です。 

「この研究は、設計された複合材料に応答性ポリマーを組み合わせることで、さまざまな刺激に応答して自己作動する材料がどのように生み出されるかを示しています。 将来的には、そのような材料はより複雑なタスクを実行するようにプログラムされ、材料とロボットの間の境界があいまいになる可能性があります」とカリフォルニア工科大学機械工学および応用物理学の教授であり、この研究の共同筆頭著者であるキアラ・ダライオ氏は述べた。

この研究には、共著者のエミリー・C・デイビッドソン、ジャリラ・M・ムハマド、ロバート・D・ウィークスが含まれている。 この研究は、米国科学財団を通じた陸軍研究局、ハーバード大学材料研究科学工学センター、および NASA 宇宙技術研究フェローシップによって支援されました。