研究者がソフトマッスルを搭載した頑丈なロボビーを開発

ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学アプライドサイエンススクール（SEAS）のハーバードマイクロロボティクス研究所と、バイオロジーにインスパイアされたエンジニアリングのワイス研究所の研究者たちは、ソフト人工筋肉を搭載したロボビーを開発しました。このマイクロロボットは、壁に衝突したり、地面に落下したり、他のロボビーと衝突したりしても、損傷を受けません。ロボティクスにおいて大きな瞬間となりましたが、ロボビーは、ソフトアクチュエータによって動作する最初のマイクロロボットであり、制御された飛行を実現しました。

ユーフェン・チェンは、最初の著者であり、SEASの元大学院生およびポスドク研究員です。

「マイクロロボティクス分野では、ソフトアクチュエータから移動ロボットを作ることが大きな推進力となっています。なぜなら、それらは非常に頑丈だからです。しかし、多くの研究者は、ソフトアクチュエータを飛行ロボットに使用することはできないと考えていました。なぜなら、そのアクチュエータのパワー密度が十分に高くなかったからです。また、制御することが非常に難しいからです。私たちのアクチュエータは、ホバリング飛行を実現するのに十分なパワー密度と制御性を持っています。」

この研究は、ネイチャーに掲載されました。

発生した問題

研究者が直面した問題の1つは、パワー密度でした。彼らは、デイビッド・クラーク教授の研究所で開発された電気駆動のソフトアクチュエータを見ました。ソフトアクチュエータは、強い絶縁特性を持つソフト材料である誘電性エラストマーを使用して作成されます。電場が適用されると、誘電性エラストマーは変形します。

電極の導電性を改善した後、アクチュエータは500ヘルツで動作することができました。これは、以前使用されていたロボットの剛性アクチュエータと同等です。

ソフトアクチュエータのもう1つの問題は、システムが不安定になることです。これを克服するために、研究者は軽量なエアフレームを開発しました。アクチュエータがバックルしないように、垂直に制約する糸の1本が含まれていました。

飛行能力

小規模ロボットでは、ソフトアクチュエータを簡単に交換して組み立てることができます。研究者は、さまざまな飛行能力を示すために、ソフトパワーロボビーの複数のモデルを開発しました。

1つのモデルには2つの翼があり、地面から離陸できます。しかし、このモデルにはさらに制御はありません。4つの翼と2つのアクチュエータを持つモデルは、混雑した環境で飛行できます。1回の飛行で、ロボビーは複数の衝突を避けることができます。

エリザベス・ファレル・ヘルブリングは、SEASの元大学院生であり、彼女は論文の共同著者です。

「小規模で低重量のロボットの1つの利点は、外部からの衝撃に対する耐久性です」と彼女は述べました。「ソフトアクチュエータは、従来のアクチュエーション戦略よりも衝撃を吸収することができます。これは、例えば、瓦礫の中を飛んで救助活動を行うような潜在的な用途では役立ちます。」

別のモデルは、8つの翼と4つのアクチュエータを持つロボビーです。これは、制御されたホバリング飛行を実行でき、ソフトパワーロボットとしては初めて実現しました。

次のステップ

研究者は現在、ソフトパワーロボビーの効率を高めることを目指しています。従来の飛行ロボットに追いつくにはまだ長い道のりですが。

ロバート・ウッドは、SEASのチャールズ川教授であり、バイオロジーにインスパイアされたエンジニアリングのワイス研究所のコアファクルティメンバーでもあります。また、論文の共同著者でもあります。

「筋肉のような特性と電気的活性化を持つソフトアクチュエータは、ロボティクスにおける大きな課題です」とウッド教授は述べています。「もし私たちが高性能の人工筋肉を開発できたら、ロボットの可能性は無限大になります。」