エンジニアが開発した世界最小の無線制御歩行ロボット

ノースウェスタン大学のエンジニアチームは、カニの形をした世界最小の無線制御歩行ロボットを開発しました。

このカニ型ロボットは、幅が0.5ミリメートルしかなく、ノミよりも小さくなっています。曲がったり、ねじったり、歩いたり、這ったり、ジャンプしたりすることができます。カニ型ロボット以外にも、コオロギやカブトムシ、ゲンジボタルに似たミリメートルサイズのロボットも開発しました。

マイクロサイズロボットの実現

チームによると、これらの新しいタイプのロボットは、狭い空間で作動できるマイクロサイズロボットの実現に近づくことができます。

この研究は、Science Robotics誌に掲載されました。

実験作業は、ジョン・A・ロジャースによって行われました。ロジャースは、ノースウェスタンのマコーミック工学学校とファインバーグ医学学校の材料科学と工学、バイオメディカル工学、神経外科学のルイス・シンプソンとキンバリー・クエリー教授です。また、クエリー・シンプソン・バイオエレクトロニクス研究所（QSIB）の所長でもあります。

「ロボット工学は、興奮する研究分野であり、マイクロロボットの開発は、学術的な探究心を刺激するテーマです」とロジャースは述べました。「マイクロロボットは、小さな構造物や機械の修理や組み立て、または手術支援として、動脈の閉塞や内出血を止めたり、がんの腫瘍を除去したりするために、最小侵襲手術で使用されることができます。」

理論作業は、ヤン・ガン・ファンによって行われました。ファンは、マコーミックの機械工学と土木・環境工学のヤンとマーシャ・アチェンバック教授であり、QSIBの重要なメンバーでもあります。

「私たちの技術は、さまざまな制御動作モードを可能にし、平均してボディの長さの半分の速度で歩行することができます」とファンは述べました。「これは、陸上ロボットでは非常に小さなスケールで達成するのが難しいことです。」

小さなカニの構築

このカニは、他のロボットと違い、複雑なハードウェア、油圧、電気に頼る必要がありません。カニの体の弾性回復性から動力を得ています。研究者は、形状記憶合金を使用してロボットを構築しました。この材料は、加熱すると「記憶された」形状に変形します。ロボットを迅速に加熱するために、チームはスキャンドレーザービームを使用してロボットの体の異なる場所を照射しました。冷えた後、ガラスの薄いコーティングが構造の対応する部分を変形した形状に戻します。

ロボットは、相を変化させることで、移動を生成できます。レーザーを異なる方向に照射することで、研究者はロボットが歩く場所を制御できます。左から右に移動するには、チームは右から左にスキャンするだけで済みます。

「これらの構造は非常に小さく、冷却速度が非常に速いためです」とロジャースは説明しました。「実際、ロボットのサイズを小さくすると、より速く走ることができます。」

ロボットを小さな状態にするために、チームはまず、平面幾何学で歩行カニ構造の前駆体を製造しました。次に、前駆体を少し伸ばしたゴム基板に結合しました。基板を緩めると、制御されたバックルプロセスが発生し、カニが「ポップアップ」して定義された三次元形状になります。

「これらの組み立て技術と材料概念を使用して、ほぼ任意のサイズまたは3D形状の歩行ロボットを構築できます」とロジャースは述べました。「しかし、学生たちは、小さなカニの横方向の這い回る動きに感銘を受け、楽しみました。これは、創造的な気まぐれでした。」