軟らかいロボットが人間やソフトウェアなしで複雑な迷路を移動する

ノースカロライナ州立大学とペンシルバニア大学の研究者チームは、人間の介入やコンピューターソフトウェアなしで複雑な環境を移動できる軟らかいロボットを開発しました。

「Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments」と題された論文は、National Academy of Sciencesの紀要に掲載されました。

物理的な知能を実証する

ジエ・インは、この研究論文の筆頭著者であり、ノースカロライナ州立大学の機械・航空宇宙工学の准教授です。

「これらの軟らかいロボットは、構造設計とスマートマテリアルがロボットをさまざまな状況で移動させることを可能にするという概念、つまり「物理的な知能」を実証しています。これは、計算知能ではなく、構造設計とスマートマテリアルがロボットを移動させることを可能にするものです」とインは述べています。

軟らかいロボットは、液晶エラストマーで作られた、ねじれたリボンの形をしています。リボンを少なくとも55度セルシウスの表面に置くと、表面に接触しているリボンの部分が収縮し、空気にさらされている部分は同じままになります。これにより、ローリング運動が発生し、表面が温かくなるにつれて、ロボットの移動速度が上がります。

「これは以前、滑らかな側面のロッドで行われてきましたが、その形状には欠点があります。ロッドが物体に接触すると、単にその場で回転するだけです。一方、我々が作成した軟らかいロボットは、ねじれたリボンの形状をしており、人間やコンピューターの介入なしで障害物を回避できます」とインは述べています。

ソフトウェアなしでナビゲーションを実現する

ロボットは、2つの方法でこれを実現します。リボンの一端が物体に接触すると、少し回転して障害物を回避します。ロボットの中央部分が物体に接触すると、「スナップ」と呼ばれる、急激な変形エネルギーの放出が発生し、リボンが少し跳ね上がって、着地する前に再び方向を変えます。リボンは、障害物を回避できる方向を見つけるまで、複数回スナップすることができます。

「これは、多くの人が自宅で使用しているロボット掃除機と似ています。ただし、我々が作成した軟らかいロボットは、環境からエネルギーを取り込み、コンピュータープログラミングなしで動作します」とインは述べています。

ヤオ・ジャオは、この論文の第一著者であり、ノースカロライナ州立大学のポスドク研究員です。

「ロボットが障害物を回避するために使用する2つのアクション、回転とスナップは、グラデーションに基づいています。リボンの中心に物体が接触すると、最も強いスナップが発生します。しかし、リボンの中心から離れた場所に物体が接触すると、スナップは弱くなります。リボンの長さの最後の5分の1に物体が接触すると、スナップは発生しません」とジャオは述べています。

研究者チームは、リボン状のロボットがさまざまな迷路状の環境を移動する実験を複数回行いました。また、軟らかいロボットは砂漠の環境でも効果的に動作し、砂丘を登り降りすることができることも実証しました。

「これは面白く、見て楽しめるものですが、より重要なことは、自然環境から熱エネルギーを収集し、複雑な、構造化されていない環境 such as 道路や厳しい砂漠を自律的に移動できる軟らかいロボットを設計するための新しい洞察を提供することです」とインは述べています。

この論文は、ノースカロライナ州立大学の博士課程の学生であるインディング・チ、ヤオイェ・ホン、ヤンビン・リ、およびペンシルバニア大学の材料科学・工学のジョセフ・ボルドグナ教授であるシュ・ヤンによって共同執筆されました。