ほとんどのロボットは電動アクチュエーターを使用しますが、この小さなロボットはさらに多くのことを行います。研究者らは、この小さなカエルロボットに爆発的なジャンプ能力と優れた運動制御を与える新しいタイプの小型内燃エンジンを開発した。
燃料を燃やしてロボットに動力を供給するという考えは前世紀のもののように思えるかもしれませんが、コーネル大学有機ロボット研究所の研究チームが指摘しているように、今日のバッテリーは重く、多くのエネルギーを運ぶことができないため、電動アクチュエーターの性能には限界があります。
高エネルギーの化学燃料が代わりに使用される場合、これらの制限はさらに高くなるため、研究チームは、通常の内燃エンジンとほぼ同じように動作する、新しいタイプの高速、高周波ロボット アクチュエータの設計に着手しました。
直径約 5 ミリメートル (0.2 インチ) の小さなアクチュエーターは、メタンと酸素を単純な 0.09 ミリリットルの燃焼室に引き込み、火花で点火します。燃焼室の上部は高弾性シリコンのドラゴンスキンフィルムの層で覆われており、車のエンジンのピストンのような役割を果たします。燃料が燃焼すると伸びて燃焼室の体積が膨張し、すぐに回復して側面の小さな穴から排気ガスを排出します。
すべては非常に早く起こりますが、最終的な結果は、衝撃が大きければ大きいほど、膜が剥がれ落ちやすくなるということです。これらのアクチュエータは、キャビティ容積が最大 140% 拡張し、9.5N を超える力による衝撃に対処でき、非常に高速で、必要に応じて 1 秒あたり 100 回を超える頻度で動作します。
コーネル大学のチームは、これらの小さな燃焼アクチュエータの 3D プリントされたプロトタイプを、小さな硬い四足歩行のカエル ロボットの足パッドの上に埋め込み、特定のアクチュエータの膜が剥がれるたびに足が押し下げられるようにしました。彼らは、アクチュエータの点火周波数、燃料当量比、燃料流量を変化させる制御スキームを設計し、それらの制御を左脚 2 本と右脚 2 本の制御と組み合わせて、ロボットに何をさせることができるかを検討し始めました。
彼らは、ロボットが振動歩行で前方に這い、より高い表面を含むさまざまな高さで前方にジャンプすることに成功しました。彼らは回転に基づいて蛇行した前進歩行を作成し、その場で時計回りまたは反時計回りに回転させました。
アクチュエーターの爆発力を実証するために、彼らはロボットを空中で 56 センチメートル (1.8 フィート) 飛び越えさせました。また、ロボットがさまざまな固体、高摩擦、低摩擦、緩い表面上を移動できることも実証しました。また、ロボットに 32 グラムの荷物 (ロボットの自重の 22 倍以上) を積み込み、それでもロボットの動きを制御できることを実証しました。
最後に、これらの小さなアクチュエータは、超高速の動きが必要な場合に、ロボット工学者に便利な追加オプションを提供する可能性があります。Atlas が脚の油圧装置や火力パンチで爆発的な支援を提供できたらどんなに素晴らしいだろうか、想像してみてください。
この研究はサイエンス誌に掲載されました。以下のビデオをご覧ください。