科学者たちが人間のようにジャンプできる3Dプリントボディを持つ世界初のソフトロボットを開発

世界初の3Dプリントソフトロボットは人間のようにジャンプできる

ハーバード大学の研究者たちは、硬いコアから柔らかい外装に移行し、30回以上の無拘束ジャンプが可能な3Dプリントボディを持つ初のロボットを開発しました。このロボットは、ブタンと酸素の組み合わせで動力を得ています。扱うと柔らかくスポンジのように見えるかもしれませんが、新しいロボットは内部が強く、ジャンプする準備ができていると研究者たちは述べています。

「柔らかい素材と硬い素材を組み合わせることで、従来のロボットよりも健康的で柔軟性があり、人間と安全に並んで作業できる新世代の迅速で警戒心の強いロボットを作るのに役立つと考えています」とカリフォルニア大学サンディエゴ校の機械工学の助教授マイケル・トリーは述べました。

トリーは、ロボットのボディに柔らかい素材と硬い素材を融合させるという考えは自然から来たと述べました。例えば、特定の種のムール貝は、柔らかい足が岩に接触するポイントで硬くなるという特性があります。

科学者たちは、このようなジャンプするロボットが、特に人間には危険すぎる厳しい環境で役立つ可能性があると述べています。なぜなら、ロボットは硬い落下や他の予期しない条件に耐えることができるからです。

ソフトロボットは、特に電源や他の電子機器に接続されずにタスクを達成する際に遅くなる傾向があります。研究者たちは、硬い部品がソフトロボット内でより良く統合されることで、より速く動くことができ、人間が一緒に作業する際の安全性を損なわないことを期待しています。硬い層は、デバイスの電子脳や電源とのインターフェースを改善します。柔らかい層は、ジャンプ後に着地した際の損傷に対して無力になりにくくします。

「宇宙、月、火星、または他の惑星での応用が考えられます」と研究の共同著者でハーバード大学のロボティクス専門家ニコラス・バートレットは述べました。「また、崩れた建物のような災害シナリオでの捜索救助ミッションなど、車輪のロボットが移動できない場所にソフトロボットが行くことができるというより実用的な利用も考えられます。」

この燃焼駆動ロボットは、3つの空気圧脚を持つ柔らかいプランジャーのようなボディと、電源と制御メカニズムを含む硬いコアコンポーネントの2つの主要部分で構成されています。

コアモジュールは、3Dプリンターで作成された半柔らかいガードによって保護されています。動きを開始するために、ロボットは空気圧脚を膨らませ、進みたい方向に体を傾けます。

ハーバードは、ロボットが垂直にジャンプする際に体の高さの最大6倍、横にジャンプする際には体のサイズの半分に達する強力なホッパーであると信じています。現場では、ホッピング動作が障害物の周りを迅速かつ容易に移動する効果的な方法となる可能性があります。

「ソフトロボットの素晴らしい点は、残酷さにうまく適応できることです」と論文の第一著者ニコラス・バートレットは述べました。

ロボットは、2つの重なった半球から構成されています。上半球は半分の殻のようで、一度に3Dプリントされ、9つの異なる層の厳しさを持ち、外側はゴムのような柔軟性からコア近くの完全な剛性に至る構造を作り出しています。

研究者たちは、デザインのいくつかのバージョンを試し、完全に硬い上部がより高いジャンプを実現することを結論づけました。しかし、より柔軟なピークは着地時の衝撃に耐える可能性が高く、ロボットを再利用可能にします。彼らは、より柔軟なデザインを選択することにしました。

ロボットの下半分は柔軟で、ジャンプする前に酸素とブタンが注入される小さな室を含んでいます。ガスが点火されると、この半分はほぼ直接膨らむバスケットボールのように振る舞い、ロボットをジャンプさせます。化学的な充電が尽きると、下半球は元の形に戻ります。

2つの半球は、カスタム回路基板、高電圧電源、バッテリー、ミニチュア空気圧縮機、ブタン燃料電池、その他のコンポーネントを収容する硬いコアモジュールを囲んでいます。この研究は、科学雑誌に発表されました。

3Dプリンターに調整された材料の幅が増加することで、エンジニアは新しいデザインをより迅速にプロトタイプ化できるようになり、複雑さの増加が必ずしもコストの増加につながるという古い言い回しを覆しています。

「ソフトロボティクスは比較的有望なサブフィールドであり、3Dプリントは私たちが実際的な方法でできることの範囲を広げています」とウッドは述べました。

この研究は、科学雑誌に発表されました。