金属を食べるロボットは、コンピューターやバッテリーなしで金属の道を辿ることができる

新しく開発された「金属を食べる」ロボットは、コンピューターまたはバッテリーが必要なく、金属の道を辿ることができる。このロボットは、電力供給ユニットが反対側の車輪に接続されているため、アルミニウム表面に向かって自動的にナビゲートし、危険を避けることができる。

バッテリーはロボティクスの分野で大きな障害の1つである。エネルギーが多いほど、重量が重くなる。この重量により、ロボットは移動するためにさらに多くのエネルギーを必要とし、太陽パネルなどの電力源は一部のアプリケーションでは有用であるが、より一貫性のある、迅速で、持続可能な方法が必要である。

ジェームズ・ピクルは、ペンシルベニア大学工学部の機械工学および応用力学科の助教授である。彼は現在、バッテリーではなく、環境制御電圧源（ECVS）を使用することで新しい技術を開発している。

ECVSを使用すると、化学結合の形成と破壊によってエネルギーが生成され、ロボットの環境の中で化学結合を見つけることで重量を軽減できる。ECVSユニットは、金属表面に接触すると、周囲の空気と酸化反応を触媒し、これがロボットを動かす力となる。

ピクルは、動物が化学結合を形成する方法、特に食物をエネルギー源として使用する方法から着想を得た。 даже「脳」がないこれらの新しいECVS駆動ロボットも、食物源を探している。

新しい研究は、Advanced Intelligent Systemsに掲載された。

ピクルは、研究室のメンバーであるミン・ワンとユエ・ガオと共同で、ECVS駆動ロボットがコンピューターなしで環境をナビゲートする方法を実証した。ロボットの左と右の車輪は、異なるECVSユニットによって駆動され、基本的なナビゲーションと採食能力を示し、自動的に金属表面に向かって移動し、「食べる」。

研究はそこで止まらず、より複雑な動作が中央処理装置なしで実現可能であることを示した。ロボットは、食物源に応じて異なる論理演算を実行でき、これはECVSユニットの異なる空間的および順序的配置によって実現される。

「細菌は、ケモタクシスと呼ばれるプロセスを通じて、化学濃度の変化に反応して栄養素に向かって自動的にナビゲートできる」とピクルは言う。「小さなロボットは微生物と同様の制約を持っているため、大きなバッテリーまたは複雑なコンピューターを搭載できないため、私たちはECVS技術がこのような動作をどのように再現できるかを探求したいと思った」。

ロボットのテスト

研究者は、ロボットをアルミニウム表面に置き、ECVSユニットを動かすことができるようにした。次に、ロボットと金属の接触を断つ「危険」物を追加した。実験では、ECVSユニットはロボットを動かしてエネルギー豊富な源に向かってナビゲートすることができた。

「ある意味では」とピクルは言う、「彼らは舌のように、エネルギーを感知して消費するのを助ける」。

研究チームは、絶縁テープの曲がったパスを使用して危険を模擬し、ECVSユニットを反対側の車輪に接続することで、ロボットは自動的に金属レーンを辿ることができた。たとえば、レーンが左に曲がると、右側のECVSは最初に電力を失い、ロボットの左側の車輪は減速して危険から離れる。

チームはまた、粘性のある絶縁ゲルを危険として使用し、ロボットはそれをゆっくり拭きながら上を走ることができた。ロボットの設計は、研究者がECVSがどのようなものを拾うかを学ぶにつれて改善されることができる。

「ECVSユニットを反対のモーターに接続することで、ロボットは好まない表面を避けることができる」とピクルは言う。「しかし、ECVSユニットが両方のモーターに並列に接続されている場合、それらは「OR」ゲートのように動作し、1つの電源でのみ発生する化学的または物理的な変化を無視する」。

「このような配線を使用して、生物学的な好みをマッチングできる」と彼は言う。「危険な環境と、単に不便な環境を区別することが重要である」。

ECVS技術が進化するにつれて、コンピューターなしで自動的に動作するロボットは、より複雑な動作を実行できるようになる。周囲の環境は、ECVS設計において重要な役割を果たす。たとえば、危険で狭い環境をナビゲートするための小さなロボットが開発される可能性がある。

「異なる化学反応に適合したECVSを持つことで、ロボットは危険な表面を避けながら、目標の障害物を突破することができる」とピクルは言う。