Robot Caterpillar がソフトロボティクスの移動に対する新しいアプローチを実証

Feb 24, 2024

ノースカロライナ州立大学の研究者は、前進、後進、狭い空間に潜ることができるキャタピラのようなソフトロボットを実証した。 キャタピラ ボットの動きは、熱を利用してロボットの曲がり方を制御する銀ナノワイヤの新しいパターンによって駆動され、ユーザーはロボットをどちらの方向にも操縦できます。

「イモムシの動きは、体の局所的な湾曲によって制御されます。体が前方に引っ張られるときと、後方に押すときの体の曲がり方は異なります」と、この研究とアンドリュー・A・アダムスに関する論文の責任著者であるヨン・ズー氏は言う。ノースカロライナ州立大学の機械および航空宇宙工学の特別教授。 「私たちはキャタピラの生体力学からインスピレーションを得て、局所的な曲率を模倣し、ナノワイヤ ヒーターを使用してキャタピラ ボットの同様の曲率と動きを制御しました。

「2 つの異なる方向に移動できるソフト ロボットを設計することは、ソフト ロボット工学における重要な課題です」と Zhu 氏は言います。 「埋め込まれたナノワイヤー ヒーターにより、ロボットの動きを 2 つの方法で制御できます。 ソフトロボットの加熱パターンを制御することで、ロボットのどの部分が曲がるかを制御できます。 そして、加える熱の量を制御することで、それらのセクションが曲がる程度を制御できます。」

キャタピラ ボットは 2 つのポリマー層で構成されており、熱にさらされると異なる反応を示します。 最下層は熱にさらされると収縮します。 熱にさらされると最上層が膨張します。 銀ナノワイヤのパターンがポリマーの膨張層に埋め込まれています。 このパターンには、研究者が電流を流すことができる複数のリード ポイントが含まれています。 研究者らは、さまざまなリード点に電流を流すことでナノワイヤパターンのどの部分が加熱するかを制御でき、流す電流の増減で熱量を制御できる。

「私たちは、キャタピラロボットが自らを前方に引っ張ったり、後方に押し出したりできることを実証しました」と、論文の筆頭著者でノースカロライナ州立大学博士研究員のShuang Wu氏は言う。 「一般に、より多くの電流を流せば流すほど、どちらの方向にも速く動きます。 しかし、ポリマーに冷却時間を与え、再び収縮する前に効果的に「筋肉」を弛緩させる最適なサイクルが存在することがわかりました。 キャタピラボットをあまりにも早く動かそうとすると、体は再び収縮する前に「リラックス」する時間がなくなり、動きが損なわれてしまいます。」

研究者らはまた、キャタピラボットの動きを、ユーザーがドアの下に滑り込むようにロボットを誘導するのと同じように、非常に低い隙間で操縦できる程度に制御できることも実証した。 本質的に、研究者らは、前進と後退の両方の動きと、そのプロセスの任意の時点でロボットが上方に曲がる高さを制御できました。

「ソフト ロボットの動作を駆動するこのアプローチはエネルギー効率が高く、私たちはこのプロセスをさらに効率化する方法を模索することに興味があります」と Zhu 氏は言います。 「さらなる次のステップには、ソフトロボットの移動に対するこのアプローチを、捜索救助装置などのさまざまな用途に使用するセンサーや他のテクノロジーと統合することが含まれます。」

論文「分散型プログラム可能な熱作動を備えたキャタピラーにインスピレーションを受けたソフト・クローリング・ロボット」は、オープンアクセスのジャーナル Science Advances に掲載されます。 この論文は、ノースカロライナ州立大学の機械および航空宇宙工学の准教授であるジエ・イン氏の共著者です。 ヤオイェ・ホン博士ノースカロライナ州立大学の学生。 そしてノースカロライナ州立大学博士研究員ヤオ・ザオ氏による。

この研究は、助成金 2122841、2005374、および 2126072 に基づき、国立科学財団からの支援を受けて行われました。 国立衛生研究所からは、助成番号 1R01HD108473 が付与されています。

-船員-

編集者への注記:研究の要約は次のとおりです。

「分散型プログラム可能な熱作動を備えたキャタピラからインスピレーションを得たソフトクローリングロボット」

著者: Shuang Wu、Yaoye Hon、Yao Zhao、Jie ying、Yong Zhu、ノースカロライナ州立大学