ロボットハチ：研究者が完全に全方向に飛行可能なロボットを開発

ワシントン州立大学（WSU）の研究者は、世界で初めて、全方向に安定した飛行が可能なロボットハチ、Bee++を設計しました。このロボットハチは、複雑な回転運動であるヨー（yaw）も含む、すべての方向に飛行できます。このロボット技術の分野における画期的なブレークスルーは、革新的な設計と複雑な制御アルゴリズムの融合によって実現され、人工授粉から環境モニタリングや捜索救助活動まで、幅広い潜在的な応用があります。

Bee++のプロトタイプは、4つのカーボンファイバーとマイラーの翼と4つの軽量アクチュエーターで構成されており、各アクチュエーターが1つの翼を制御します。これは、飛行昆虫で観察される6つの自由度の運動を達成した最初のロボットです。ネスター・オ・ペレス・アランシビア（Néstor O. Pérez-Arancibia）氏が率いるチームは、WSUの機械材料工学学校のフラハーティー・アソシエイト教授であり、彼らの研究は、IEEE Transactions on Roboticsに掲載され、IEEE国際ロボティクスおよびオートメーション会議で発表されました。

「研究者たちは、30年以上前から人工飛行昆虫の開発を試みてきました」とペレス・アランシビア氏は述べました。これらの小型ロボットの作成には、ユニークな設計だけでなく、昆虫の脳の機能を模倣する高度な制御器の開発も必要です。「これはロボット設計と制御の混合です」と彼は付け加え、这些小型ロボットに「人工脳」を作成することの重要性を強調しました。

複数の制限を克服

WSUチームの最初の創作は、2つの翼を持つロボットハチでした。しかし、それは動きに制限がありました。この制限を克服するために、ペレス・アランシビア氏と彼の博士課程の学生たちは、2019年に4つの翼を持つロボットを軽量化して作りました。このロボットは、翼を様々なパターンで羽ばたかせて、ピッチとロールを行うことができました。

しかし、ヨー制御の実装は、重大な課題をもたらしました。「ヨーを制御できない場合、非常に制限されます」とペレス・アランシビア氏は述べ、ヨー制御がないとロボットは制御を失い、クラッシュすることを説明しました。彼は、すべての自由度の運動が、回避運動や物体の追跡には非常に重要であることを強調しました。

昆虫からインスピレーションを得たチームは、翼が傾斜した平面で羽ばたく設計を導入しました。また、翼の羽ばたき頻度を1秒あたり100回から160回に増やしました。「解決策の一部はロボットの物理的な設計であり、また新しいコントローラーの設計も行いました。ロボットに何をすべきかを伝える『脳』を作りました」と彼は述べました。

Bee++は、実在のハチよりも大きく、33ミリメートルの翼幅と95ミリグラムの重量があり、現在は約5分間の自律飛行のみが可能です。しかし、これらの制限はチームの士気を挫くことはありません。彼らは、歩くロボットや水上を歩くロボットなどの他の昆虫型ロボットの開発にも取り組んでいます。

Bee++の開発は、バイオミメティクスとイノベーションの価値の体現であり、国家科学財団、DARPA、WSU財団、そしてWSUのクーガー・ケージ・プログラムを通じてパルース・クラブから支援されてきました。この先駆的な仕事により、ロボット技術の未来は明るく、さらに多くの画期的な開発の約束で満ち溢れています。