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たどることができる

新しく開発された‘金属を食べる’ロボットは、コンピューターやバッテリーがなくても金属の道をたどることができる。このロボットは、アルミニウム表面に向かって自動的に移動し、ハザードから離れることができる。これは、電源供給ユニットが反対側の車輪に接続されているためである。

バッテリーは、ロボティクスの分野における大きな障害の一つである。エネルギーが多いほど、重量が増える。これにより、ロボットは移動するためにさらに多くのエネルギーが必要になり、太陽電池板などの電源は一部のアプリケーションでは有用だが、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・エンジニアリングの機械工学および応用力学部の助教授である。彼は現在、バッテリーではなく、環境制御電圧源（ECVS）に頼ることで新しい技術を開発している。

ECVSでは、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、金属表面に接触したときに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、自然からインスピレーションを得て、特に動物が食物として化学結合を形成することで力の源を得ていることを調べた。‘頭脳’がなくても、これらの新しいECVS駆動ロボットは、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なしで環境を移動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ユニットによって動かされ、ロボットは自動的に金属表面に向かって移動し、‘食べる’基本的なナビゲーションと採食能力を示した。

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できることも実証した。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ユニットの空間的および順序的配置によって実現される。

“細菌は、化学濃度の変化に反応して栄養素に向かって自動的に移動するケモタクシスというプロセスを持っている”とピクルは言う。”小型ロボットは、バッテリーや複雑なコンピュータを搭載できないため、微生物と同様の制約がある。したがって、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ることを目指した。”

ロボットのテスト

研究者は、新しい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。次に、ロボットと金属の接触を断つ‘ハザード’を追加した。実験では、ECVSユニットはロボットを動かし、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”ピクルは言う。”彼らは舌のように、エネルギーを感知し、消費するのを助ける。”

チームが使用したハザードの一つは、絶縁テープの曲がった道で、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のレーンをたどることができた。たとえば、レーンが左に曲がった場合、右のECVSは最初に電源が失われ、ロボットの左の車輪は遅くなり、ハザードから離れる。

チームはまた、粘性のある絶縁ゲルをハザードとして使用し、ロボットはそれをゆっくり拭きながら上を移動することができた。ロボットの設計は、研究者がECVSが何を拾うかを学ぶにつれて改善されることができ、これらはロボットの設計に組み込まれることができる。

“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と平行に配置されている場合、それらは‘OR’ゲートのように動作し、1つの電源のみで発生する化学的または物理的な変化を無視する。”

“私たちは、このような配線を使用して生物学的な好みを一致させることができる”と彼は言う。”危険で避ける必要がある環境と、単に不便で必要に応じて通過できる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することができる。周囲の環境は、ECVS設計において重要な役割を果たすことになる。たとえば、危険で狭い環境を移動する小型ロボットが開発されることができる。

“私たちが異なる化学物質に合わせたECVSを持っている場合、ロボットは危険な表面を避けながら、目的の障害物を突破することができる”とピクルは言う。