研究者がソフトマスキュラーを備えた頑丈なロボビーを開発

ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学および応用科学大学（SEAS）のハーバード・マイクロロボティクス研究所および、バイオロジカル・インスパイアド・エンジニアリングのワイス研究所の研究者は、ソフト人工筋肉で動作する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。ロボティクスにとって大きな瞬間であるこのロボビーは、ソフトアクチュエーターで動作する初のマイクロロボットであり、制御された飛行を実現しています。

Yufeng Chenは、この研究の第一著者であり、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ーで動作するモバイル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。」とChenは述べています。 「しかし、飛行ロボットに使用できるということは、多くの研究者が疑問視しています。なぜなら、そのアクチュエーターのパワーデンシティが十分ではないからです。また、制御することも非常に難しいです。私たちのアクチュエーターは、ホバリング飛行を実現するのに十分なパワーデンシティと制御性を備えています。」

この研究は、ネイチャーに掲載されています。

遭遇した問題

研究者が扱った問題の1つは、パワーデンシティでした。彼らは、デビッド・クラーク教授の研究室で開発された電気駆動のソフトアクチュエーターを利用しました。ソフトアクチュエーターは、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。電界が加えられると、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、アクチュエーターは500ヘルツで動作するようになりました。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ーと同等のものです。

ソフトアクチュエーターのもう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、研究者は軽量のエアフレームを開発しました。それは、アクチュエーターがバックルしないようにするために、垂直に制約する糸の1本で構成されていました。

飛行能力

小型ロボットでは、ソフトアクチュエーターを簡単に交換および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。ただし、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ーのモデルは、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回避できます。

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、この研究の共著者です。

「小型、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頑丈さです」と彼女は述べています。 「ソフトアクチュエーターは、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、検索および救助作戦で瓦礫の中を飛行するような潜在的な用途では便利です。」

別のモデルは、8つの翼と4つのアクチュエーターのロボビーです。これは、制御されたホバリング飛行を実行できます。これは、ソフトパワーの飛行マイクロロボットによって初めて実証されたものです。

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向上させ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、まだ長い道のりがあります。

ロバート・ウッドは、SEASのチャールズ川教授であり、バイオロジカル・インスパイアド・エンジニアリングのワイス研究所のコアファカルティーであり、この研究の筆頭著者です。

「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ーは、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。 「高性能の人工筋肉をエンジニアリングすることができれば、ロボットが何を作ることができるかは、想像の限りです。」