「脳なし」ソフトロボットが複雑な環境をナビゲートするロボティクスブレークスルー

ロボティクス分野では、研究者によって新しいブレークスルーが導入されました。人間やコンピュータの指示を必要とせずに、複雑な環境をナビゲートできるソフトロボットです。この新しい発明は、以前の研究に基づいています。そこでは、ソフトロボットがシンプルな迷路で基本的なナビゲーション能力を示しました。

物理的知能を利用したナビゲーション

ノースカロライナ州立大学の機械・航空宇宙工学の准教授であり、この研究の共同筆頭著者であるジエ・インは、この進歩について説明しています。

「私たちの以前の研究では、ソフトロボットが非常にシンプルな障害物コースを通過することができたことが示されました。しかし、障害物に接触しない限り、ロボットは曲がることができませんでした。この制限により、ロボットは時々、並行した障害物の間でトラップされ、前後に跳ね回ることがありました。」

彼は続けて、「私たちは、新しいソフトロボットを開発しました。このロボットは、独自に曲がることができ、つるつるした迷路を通過することができます。さらに、移動する障害物の周りをすり抜けることもできます。すべてこれは、コンピュータの指示に依存しない物理的知能を使用して実現されています。」

「物理的知能」という用語は、ソフトロボットのようなダイナミックなオブジェクトの固有の動作を指し、これは構造設計と材料によって定義され、外部からの人間やコンピュータの介入によって定義されるのではなく、内部的な特性によって定義されることを意味します。

この新しいソフトロボットは、リボン状の液晶エラストマーを使用しています。これらが表面温度が周囲の空気温よりも高い、特に55度セルシウス（131度ファーレンハイト）以上の表面に置かれたとき、リボンの表面側は収縮し、露出した部分は変化しません。この不均一性により、ローリング運動が発生し、表面温度によって加速されます。

非対称性によるイノベーション

このロボットの特徴的な側面は、その設計にあります。対称性のある前身とは異なり、新しいバージョンは2つの異なる半分で構成されています。1つのセグメントは、ねじれたリボンに似た直線状に伸び、もう1つのセグメントは、螺旋状に巻かれたリボンに似た形状をとります。

この設計の違いにより、ロボットの1つの端がもう1つの端よりも大きな力をかけ、非線形の運動を生み出します。論文の第一著者であり、ノースカロライナ州立大学のポスドク研究員であるヤオ・ジャオは、この原理について説明しています。 「広い口と狭い底を持つプラスチックカップを考えてみてください。ロールすると、直線的な軌跡を辿らないで、曲がった軌跡を描きます。那が非対称設計の効果です。」

ジャオはさらに説明しています。「私たちの新しいロボットの概念は比較的シンプルです。非対称設計により、ロボットはオブジェクトに接触することなく自律的に曲がることができます。したがって、迷路を通過する能力を維持しながら、並行した障害物の間に捕まることはありません。ロボットのアーキング運動により、効果的に抜け出すことができます。」

このロボットのテストでは、複雑な迷路、さらには壁が動く迷路を通過する能力が示されました。さらに、ロボット自身のサイズよりも小さな隙間を通過することもできました。これらのテストは、金属表面や砂地などのさまざまな地形で実行されました。

この画期的な研究は、ソフトロボットの設計に新しい視点を提供します。インは、「この研究は、特にソフトロボットが環境の熱エネルギーを利用できるアプリケーション向けに、革新的なソフトロボット設計アプローチを開発する私たちの助けとなるもう一歩です。」と述べています。

ロボティクス分野が成長するにつれ、このような「脳なし」ソフトロボットの実世界での応用の可能性は無限に広がります。