自然に学ぶソフトロボットグリッパーの開発

ジョージア大学のエンジニアたちは、ロボティクスの開発において、自然に学ぶという常に増加する傾向に従った。動物の特徴であるオクトパスの腕などが多いが、この場合はポールビーンに着目し、ソフトロボットグリッパーを開発した。

ポールビーンや他のツイニング植物の触覚のある芽が、研究者にとって最もインスピレーションの源となった。ツイニング植物は、支持物に巻き付くために触覚のある芽を使う。ジョージア大学のチームが開発したロボットも同様の動作を実現し、1ミリメートルまでの小さな物体をしっかりと優しく握ることができる。

メイブル・フォックは、研究のリーダーであり、准教授である。

“さまざまな設計を試したが、結果に満足できなかった。そこで、数年前に私が育てたポールビーンを思い出した”とフォックは言った。”この植物は他の植物やロープを非常に強く握ることができる。そこで、ツイニング植物について調査し、それが私たちにとって良い設計であると考えた。”

新しい研究は、Optics Express誌に掲載された。

チームには、メイ・ヤンとニン・リウの博士課程の学生、コンピューターシステムエンジニアリングを学ぶライアム・ポール・クーパーの学部生、そして工学部の准教授であるシエンキアオ・ワンが参加していた。

“私たちのロボットのツイニング動作には、単一の空気圧制御しか必要ないため、複数の空気圧制御の複雑な調整が不要になり、操作が大幅に簡素化される”とフォックは続けた。”私たちがユニークなツイニング動作を使用しているため、ソフトロボットグリッパーは狭い空間で効果的に動作し、わずかな作動スペースしか必要としない。”

ロボットデバイス

ジョージア大学のデバイスのもう一つのユニークな特徴は、重要なリアルタイムフィードバックを提供する埋め込みセンサーである。これにより、他のロボットよりも先んじている。

“私たちは、ロボットの弾性スパインの中央にファイバーオプティックセンサーを埋め込み、ツイニング角度、ターゲットの物理パラメータ、ターゲットが外れる可能性のある外部の攪乱を検知できるようにした”とフォックは言った。

ソフトロボットグリッパーは、約3インチの長さで、シリコンで作られている。研究者たちは、これを農業、医療、研究などの分野で応用できる可能性があると考える。具体的な応用例としては、デリケートな植物などの農業製品の包装、外科ロボティクス、ガラスチューブ内の研究サンプルの取り扱いなどがある。

研究では、ソフトロボットグリッパーが鉛筆や絵筆などの物体を握る際の有効性を実証した。直enedペーパークリップの細いワイヤーでも作動した。効果的であるだけでなく、デバイスは優れた繰り返し性、高いツイニング精度、正確な外部攪乱検知能力を備えている。

チームは、自動フィードバック制御を改善する作業に取り組む予定である。ファイバーオプティックセンサーの読み取り値が、インサイトを提供することになる。また、デザインを小型化し、バイオメディカルデバイスとしてより適切なものにすることも目標としている。

“このツイニングソフトロボットとその埋め込みファイバーオプティックセンサーは、より包括的なソフトロボットの構成要素を形成する。シンプルな設計と制御は、明らかに利点である”とフォックは言った。