次世代の形状変化ロボットの物理学的進歩

バース大学の物理学者チームは、ソフトロボットをより効果的に動かして機能させることができる材料でコーティングする新しい方法を発見しました。この新しい進歩は、次世代の形状変化ロボットの開発につながるでしょう。

この研究は、科学雑誌Science Advancesに掲載されています。

アクティブマターに関する重要な突破

研究の著者によると、アクティブマターに関するこの新しい突破は、ロボット設計における重要な転換点となる可能性があります。如果この概念がさらに開発されれば、専門家は、ソフト固体の形状、挙動、運動を、自然な弾性ではなく、人間が制御する表面活動によって決定できるようになるでしょう。

ほとんどのソフト材料の表面は、水が滴になるように、最小の表面積になるように収縮します。これは、液体やその他のソフト材料の表面が自然に収縮するためです。しかし、アクティブマターはこのパターンに従わないように設計できます。

専門家は、これらの技術とアクティブマターを使用して、次世代のマシンを、個々のアクティブなユニットが協調してマシンの運動と機能を決定するように作成できることを期待しています。これまで、これらのマシンは中央制御装置によって制御されていました。この新しい設計は、私たちの生物学的組織が機能するのと似ています。

新しいソフトマシンの設計

科学者は、この設計を使用して、柔軟な材料で構成される腕を持つソフトマシンを作成できます。これらのマシンは、材料の表面に配置されたロボットによって動力化されます。別の可能性は、ナノ粒子の表面を応答性とアクティブな材料でコーティングすることによって、薬剤送達カプセルのサイズと形状を変更することです。

研究の第一著者であるジャック・ビニッシュ博士によると、この新しい開発の最も興味深い側面の1つは、自然の「amiliar rules」を新しい視点から見ることです。

「アクティブマターは、自然の『amiliar rules』、たとえば表面張力が正でなければならないという規則を、新しい視点から見ることができます。この規則を破ったときに何が起こるか、それらの結果をどのように利用できるかを見てみることは、研究を行う上で興奮することです」とビニッシュ博士は述べています。

アントン・ススロフ博士は、この研究の対応著者です。

「この研究は、重要な概念実証であり、多くの有用な意味を持ちます。たとえば、将来的には、より柔らかく、繊細な材料を扱うことができるソフトロボットを生み出すことができます」とススロフ博士は述べています。

研究者は、活性ストレスを経験する表面を持つ3Dソフト固体を記述するための理論とシミュレーションを開発しました。結果は、活性ストレスが材料の表面を拡大し、下にある固体を引っ張り、全体的な形状の変化を引き起こすことを示しました。固体が取る形状は、材料の弾性特性を変更することで変化させることができます。

研究者は、この原理を適用して、より具体的なロボットを設計し、複数のアクティブな固体が一緒にパックされたときに何が起こるか、集団的な挙動についてさらに深く調査する予定です。