米国のマサチューセッツ工科大学（MIT）の研究チームが、海鳥をヒントにした新しいマイクロロボットの開発に成功した。このロボットは、同じ翼のセットを使用して空を飛行し、水中に潜ることができ、2 つの環境を切り替えるときに追加の機械的ハードウェアに依存する必要はありません。水中から空中へのクロスメディアジャンプを 1 秒以内に完了できます。
研究結果はサイエンス誌に掲載され、マサチューセッツ工科大学の機械エンジニア、ラファエル・ザフリー氏の研究室から得られたものです。自然界では、ツノメドリなどの潜水海鳥は、空気と水というまったく異なる物理的特性を持つ 2 つの媒体に直面しているにもかかわらず、飛行と水泳のバランスを完璧にとることができます。ズファイア氏は、エンジニアリングの観点から、空と水の両方で効率的に動作できる翼を設計することは、過去には考えられなかったことだと述べた。
この革新的な水陸両用ロボットの重さはわずか約 0.23 キログラム、翼を広げると 3 フィート（約 0.9 メートル）近くになります。不必要な機械的複雑性の追加を避けるために、研究開発チームは設計に大胆な減算を加えました。まず、ロボットは完全に脚を放棄します。自然界の海鳥は、飛び立つ際に足で水を押すことが多いですが、ロボットの場合、足を追加するということは、より複雑な機械的課題を意味します。そこで研究チームは、翼が生み出す力を直接利用してロボットを水中から引き上げることに決めた。
第二に、翼のデザインも本物の海鳥とは異なります。多くの潜水鳥は潜水時に翼をたたみます。より多くの関節やモーターの導入を避けるために、研究者たちは翼をより柔軟にすることでこの問題を解決することに目を向けました。ロボットの翼は半透明のナイロン生地でできており、カーボンファイバーの支柱で補強されています。この材料の組み合わせにより、空気と水の流れの両方の抵抗に適応するのに十分な靭性が翼に与えられます。空を飛ぶとき、翼は 1 秒間に 5 ～ 6 回継続的に羽ばたくことができます。ロボットは水から脱出するために、羽ばたきの頻度を瞬時に毎秒約10回に上げ、十分な破水力を発生させます。
翼だけでなく、ロボットの胴体の構造もユニークです。中心構造は内部部品が直接露出するオープンデザインを採用。研究チームはシステム全体を密閉するのではなく、各部品に個別に防水処理を施した。ズファイア氏は、この設計によりシステム全体に水が満たされるため、ロボットが飛行できる程度の軽さを保つだけでなく、水中で中性浮力を維持できるため、やみくもに水中を漂ったり沈んだりすることがないと説明した。
レマン湖でのフィールドテスト中、ロボットは印象的なパフォーマンスを実証しました。ビデオ記録によると、水面にはかすかな波紋があっただけで、ロボットは1秒も経たないうちに水から飛び出し、そのまま空中に舞い上がった。
このプロジェクトには関与していないポートランド大学の動物運動生物学者グレンナ・クリフトン氏は、この結果を賞賛した。クリフトン氏は、このロボットは優れた工学的成果であるだけでなく、貴重な科学研究ツールでもあると信じています。これは、生物学がロボット工学にインスピレーションを与え、ロボット工学が人間の生物学的運動のメカニズムをさらに理解するのにどのように役立つかを完全に説明しています。
将来の応用の見通しについて、研究チームはこの技術が実際のシナリオで大きな可能性を秘めていると述べた。遠くの海まで飛行し、着陸し、水中に潜ってデータを収集できるロボットは、藻類の発生の追跡、海洋生物の観察、海岸線の進化の研究など、沿岸環境の監視に非常に役立ちます。
現時点では、ロボットは1回の充電で4マイル（約6.4キロ）近く飛行するか、水中で1マイル（約1.6キロ）以上泳ぐことが期待されている。クリフトン氏は、2 つの極端な環境を考慮しながらこのような優れたパフォーマンスを維持し、その 2 つを自由に切り替えることができることは、間違いなく海空のクロスメディア ロボットの分野における画期的な一歩であると指摘しました。
このプロジェクトは約 2 年間かけて開発されました。チームは現在アップグレードと改善に取り組んでいると報告されています。将来のバージョンには、データ収集用のより専門的なセンサーが装備され、モーション アルゴリズムがさらに最適化されることが期待されています。