エンジニアが開発した電子回路のないロボットは水の状態を監視することができる

デューク大学のエンジニアチームは、新しい電子回路のないソフトロボットを開発しました。このロボットは将来、環境条件の監視に大きな役割を果たすことができます。ロボットはトンボの形をしており、水面を滑走しながら、pH、温度、油の存在などの環境条件に反応することができます。

この新しい実証は、3月25日にジャーナルAdvanced Intelligent Systems に掲載されました。

ソフトロボットは進化し続けています。ソフトロボットは繊細な物体 such as 生物学的組織を扱うことができ、他の剛性ロボットよりも狭い空間に入ることができます。

このアイデアの責任者は、バイオメディカルエンジニアリング、機械工学、材料科学、整形外科の教授であるShyni Vargheeです。

Vardham Kumasは、Vargheseの研究所の博士課程の学生であり、論文の第一著者です。

「私は空港からShyniから電子メールを受け取りました。彼女は過去に彼女のグループが発明した自己回復性のヒドロゲルを使用して、ソフトロボットを開発するアイデアを持っていました。しかし、その電子メールの内容はそれだけであり、数日間彼女から連絡がありませんでした。そこで私はアイデアを追求するための十分な自由時間を持つまで、アイデアは Limbo 状態になりました。Shyniは私に「それをやってみて」と言ったので、私はそれを実行しました。」

自己回復性ヒドロゲル

2012年に、Vargheseの研究所は、pHの変化に反応する自己回復性ヒドロゲルを開発しました。酸度の変化により、ヒドロゲル上に新しい結合が形成され、pHが元のレベルに戻ると、結合は逆転します。

Vargheseの新しいアイデアは、水上を移動しながら、異なる場所でのpHの変化を検出できるソフトロボットを開発することでした。彼女は、環境センサーとして機能するロボットを開発するための方法を探しました。

Vargheseの研究所の博士課程の研究員であるUng Hyun Koとともに、Kumarはハエを基にしたソフトロボットを設計しました。いくつかの試行錯誤の後、チームはトンボの形状を決定し、内部のマイクロチャンネルを空気圧で制御できるように設計しました。

ソフトロボットの胴体は約2.25インチの長さで、翼幅は約1.4インチです。アルミニウムの型にシリコーンを流し込み、焼き固めて作成しました。内部チャンネルはシリコーンチューブで接続され、ソフトリソグラフィーで作成されました。

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DraBot

結果として得られたソフトロボットは、DraBotと命名されました。

「DraBotを空気圧制御で遠隔操作することは難しかった。電子回路なしで自己作用するだけでは、制御することが難しかった。」とKoは述べました。

DraBotは、空気圧を制御して、前翼に空気を送り、後翼に空気を逃がします。後翼が両方とも下向きになっている場合、DraBotは動きません。しかし、両方の翼が上向きになっている場合、DraBotは前進します。

チームは、制御をより強化するために、バルーンアクチュエーターを開発しました。これは、後翼の下に配置されており、ロボットの胴体の近くにあります。バルーンが膨張すると、翼が上向きになり、研究者はどの翼が上向きになっているかを変更することで、ロボットの方向を制御できます。

「私たちは、DraBotを制御できるようになったときに喜びました。しかし、DraBotは生物に基づいているため、環境に反応することが重要です。」とKumarは述べました。

チームは、自己回復性ヒドロゲルを使用して、DraBotの1組の翼に塗料を塗りました。すると、DraBotは水のpHの変化に反応するようになりました。水が酸性すぎると、1つの翼の前翼と後翼が結合し、DraBotは円を描くように動きます。pHが正常なレベルに戻ると、ヒドロゲルは逆転し、翼は再び分離します。

研究者は、温度に反応する材料も追加しました。DraBotは水上を滑走し、スポンジで油を吸収することができます。スポンジの色は油の色に応じて変化し、水温が高すぎると、DraBotの翼の色も変化します。

これらの新しい開発は、将来的に環境問題に対処するのに役立つ可能性があります。たとえば、DraBotのようなロボットは、淡水の酸性化を検出できます。これは、地質学的に敏感な地域に影響を及ぼします。また、油漏れを早期に検出することもできますし、赤潮やサンゴの白化の初期の兆候も検出できます。DraBotの翼の色も変化します。新しい開発は、将来的に環境問題に対処するのに役立つ可能性があります。たとえば、DraBotのようなロボットは、淡水の酸性化を検出できます。これは、地質学的に敏感な地域に影響を及ぼします。また、油漏れを早期に検出することもできますし、赤潮やサンゴの白化の初期の兆候も検出できます。