捻れソフトロボット､誘導なしで迷路をナビゲート

June, 6, 2022, Raleign--ノースカロライナ州立大学(NC State)とペンシルバニア大学の研究チームは､迷路などの複雑な環境を人やコンピュータソフトウエアの入力なしでナビゲートできるソフトとロボットを開発した｡

｢これらソフトロボットは､‘物理的インテリジェンス’という概念を実証している｡構造的設計とスマート材料により､ソフトロボットは多様な状況をナビゲートできる､つまりコンピュータインテリジェンスに対立する｣とNC State機械&航空宇宙工学准教授､論文の責任著者､Jie Yinは説明している｡

そのソフトロボットは､半透明ロティーニに似た､捻れリボン形状の液晶エラストマでできている｡そのリボンを､外気よりも熱い､少なくとも55℃の表面に置くと､表面に接しているリボン部分が収縮する｡一方､外気に晒されているリボン部分は､収縮しない｡これは､そのリボンの回転運動を誘発する｡また､表面が熱ければ熱いほど､その回転はますま速くなる｡

｢これは､以前に､滑らかな面のロッドで実行されたが､その形状は欠点がある｡物体に出会うと､それは､その場でスピンする｡捻れリボン形状で作ったソフトロボットは､人やコンピュータの一切の介入なしにこれらの物体と交渉することができる｣(Yin)｡

そのリボンロボットは､これを２つの仕方で実行する｡まず､リボンの片端が物体に遭遇すると､リボンはわずかに回転して､その障害を回避する｡第2に､ロボットの中心部分が物体に遭遇すると､それは“snaps.”(パチンと弾く)｡スナップは､蓄積された変形エネルギーの急速な放出であり､これによってリボンは軽く跳び上がり､着地前に方向を変える｡リボンは､障害と折り合いをつけて､それが許される方向を見つけるまで何度もスナップする必要があるかも知れないが､最終的には常に明確な前進の方向を見つける｡

｢この意味で､それは､多くの人々が家庭で使うロボット掃除機のようである｡ただし､われわれが作ったソフトロボットは環境からエネルギーを引き出し､コンピュータプログラミングなしで動作する｣(Yin)｡

｢ロボットが障害と折り合いをつけることができる2つのアクション､回転とスナッピングは､勾配で効果を発揮する｣と論文の筆頭著者､NC Stateポスドク研究者､Yao Zhaoは説明している｡｢最も強力なスナップは､物体がリボンの中心に触れたときに起こる｡しかし物体がリボンの中心から外れていてもリボンは､まだスナップする｡ただし力は弱い｡さらに中心から外れれば外れるほど､スナップは明確ではなくなり､ついにリボン長の最後の1/5に達すると､スナップは全く起こらない｣｡

研究チームは､そのリボン状のソフトロボットが､様々な迷路のような環境をナビゲートできることを実証する複数の実験を行った｡チームは､ソフトロボットが砂漠環境でうまく機能することも証明し､緩い砂のスロープを上り下りできることを示した｡

｢これは見ていて興味深く面白い｡しかし､もっと重要なことは､それが自然環境から熱を収集し､道路や緩い砂など複雑な非構造化設定と自律的に折り合いをつけることができるソフトロボットの設計法への新たな洞察を提供していることである｡

(詳細は､https://news.ncsu.edu)