研究者らは、人間やコンピューターの指示なしで単純な迷路を移動できるソフト ロボットを作成しました。非対称の形状により、独立してターンを完了し、巻き込まれるのを防ぎます。現在、彼らはこの研究に基づいて、より複雑で動的な環境をナビゲートできる「脳のない」ソフトロボットを作成しています。
「私たちの以前の研究では、私たちのソフトロボットが非常に単純な障害物で方向を反転できることを示しました」と関連論文の共同責任著者であり、ノースカロライナ州立大学機械航空宇宙工学科准教授のイン・ジエ氏は語った。 「しかし、障害物に遭遇しない限り方向転換することはできません。これは、実際には、ロボットが時々立ち往生し、平行な障害物の間を行ったり来たりすることを意味します。」
「その後、私たちは自ら向きを変えることができる新しいソフト ロボットを開発しました。これにより、曲がりくねった迷路や、動く障害物を避けて進むことができます。そして、これはすべて、コンピューターによって誘導されるのではなく、身体的知性を使用して行われます。」
物理的知能とは、ソフト ロボットなどの動的オブジェクトの動作が、コンピューターや人間の介入によって誘導されるのではなく、その構造設計と材料によって制御されることです。
研究者らは、人間やコンピューターの誘導なしで単純な迷路を移動できるソフトロボットを開発した。ロボットの半分は、直線を走るねじれたリボンのような形をしており、もう半分は、よりしっかりとねじれたリボンのような形をしており、らせん階段のように自身の周りを回転します。この非対称設計は、ロボットの一方の端がもう一方の端よりも地面に対してより大きな力を及ぼすことを意味します。出典: ノースカロライナ州立大学、Jie ying
材料と動作メカニズム
以前のバージョンと同様に、新しいソフトロボットはリボン状の液晶エラストマーで作られています。ロボットを周囲の空気よりも高い摂氏 55 度 (華氏 131 度) 以上の表面に置くと、柔らかいストラップの表面に接触する部分は収縮しますが、空気にさらされている部分は収縮しません。これにより、ローリングモーションが作成されます。表面が暖かいほど、ロボットはより速く回転します。
ただし、以前のバージョンのソフト ロボットは対称的なデザインでしたが、新しいロボットは 2 つの異なる部分を持っています。半分は直線に延びるねじれた帯のような形をしています。残りの半分は、よりしっかりとねじれたバンドのような形状で、螺旋階段のようにそれ自身の周りを螺旋状に巻きます。
この非対称設計は、ロボットの一方の端がもう一方の端よりも地面に対してより大きな力を及ぼすことを意味します。底部よりも広い口を持つプラスチック製のカップを考えてください。テーブルの上でそれを転がすと、直線で転がるのではなく、テーブル全体に弧を描きます。それはその非対称な形状のためです。
設計制限を克服する
「私たちの新しいロボットの背後にあるアイデアは非常にシンプルです。その非対称設計により、物体に触れずに回転することができます」と論文の筆頭著者であり、ノースカロライナ州立大学の博士研究員であるヤオ・ザオ氏は述べた。 「そのため、物体に触れても方向を変えることができ、迷路を移動することができますが、平らな面で立ち往生することはありません。」
研究者らは、非対称ソフトロボット設計が、動く壁のある迷路を含むより複雑な迷路を移動し、本体サイズよりも狭い空間を移動できることを実証した。研究者らは新しいロボットの設計を金属表面と砂の上でテストした。動作中の非対称ロボットのビデオはここでご覧いただけます:
「この研究は、特にソフトロボットが環境から熱エネルギーを収集できるアプリケーション向けの、ソフトロボット設計への革新的なアプローチの開発に役立つ新たな一歩です」とイン氏は語った。