クモの関節にインスパイアされた軽量ロボットを科学者が開発

ドイツのマックス・プランク智能システム研究所とアメリカのコロラド大学ボルダー校の科学者は、クモの関節の原理を使用して新しい軽量ロボットを開発しました。

「クモにインスパイアされた電気油圧アクチュエータ：柔らかく動く関節のための高速アクチュエータ」と題された研究は、Advanced Scienceに掲載されました。

クモは、特に狩猟の際に四肢を動かすために水圧式アクチュエーションメカニズムを使用するため、ロボティクス分野でしばしばインスピレーションの源となります。

これらの原理を使用することで、科学者チームは、バルキーなコンポーネントやコネクタなしで関節ロボットを駆動でき、重量が軽く、持ち運びやすくなり、速度も上がりました。

ロボットの構造は軽量でシンプルなため、10倍の高さまでジャンプできます。

https://www.youtube.com/watch?v=XtZSv7ZcoxY

SES関節

科学者たちは、ロボットに高性能を実現するために、クモにインスパイアされた電気油圧ソフトアクチュエータ関節（SES関節）を使用しました。関節はさまざまな方法で構成でき、クモ型ロボット以外でも使用できます。

研究論文では、双方向関節、多節の人工肢、3本指のグリッパーについて説明しています。これらの創作物すべてに共通する特徴があります。軽量でシンプルであり、高性能を発揮し、速い動きが必要なロボットシステムやさまざまな環境とやり取りするロボットシステムに適しています。

SES関節は、チームが以前開発した人工筋肉を作るためのHASEL技術に基づいています。SES関節は、水圧力によって足を伸ばすクモの外骨格メカニズムに似た、剛性と柔軟性の両方を持つメカニズムを模倣しています。

クモにインスパイアされたロボットの開発

科学者たちは、薄いプラスチックフィルムで作られた柔軟なポーチを作り、液体誘電体で充填しました。ポーチの両側に電極を配置し、ポケットはアクチュエータとして機能し、静電力によって水圧が生成されました。

ポーチは回転関節に接続されており、電極間に高電圧が加えられると、液体誘電体がポーチ内で移動し、関節が曲がります。SES関節は最大70度まで回転でき、高いトルクを発揮し、容易に初期位置に戻ることができます。

クリストフ・ケプリンガーは、智能システムマックスプランク研究所のロボティックマテリアル部門のディレクターです。

「SES関節は非常にシンプルで軽量です。周辺コンポーネントがないため、ロボットの重量が軽くなるため、多くのアプリケーションで柔らかく動くアクチュエータが必要です。これらのクモにインスパイアされた関節は、高い機能性を持ちながら、わずかな電力を消費し、作りやすく、安価で、食品包装用のプラスチックを使用しているため、生産も容易にスケーラブルです。これらはすべて、さまざまな方法で動き、さまざまな物体を壊すことなく操作できるロボットを設計する上で重要な特性です。」

科学者たちは、3本指のグリッパーを使用してSES関節の多様性を実証しました。グリッパーが筋肉のような構造に頼っていたら、物体を握ろうとしている時に妨げられていたでしょう。しかし、SES関節を使用することで、必要なスペースが大幅に減ります。

ニコラス・ケラリスは、論文の第一著者です。

「研究の特徴は、さまざまな材料、チップ袋のプラスチックを使用してポーチを作成できることです。そうすることで、特定のアクチュエーション特性に合わせて、SESをさまざまな形状で実現できます。」

フィリップ・ローゼムンドは、論文の第二著者です。

「私たちの研究の最終的な目標は、クモロボットを作ることではありませんでした。私たちが開発したいのは、どんなロボットにも取り付けられる、最先端のアクティブジョイントです。」