AMOLF、足で「考える」ソフトロボットを作製

May, 20, 2025, Amsterdam--AMOLFの研究チームは、脳、電子機器、AIを使用せずに、歩いたり、飛び跳ねたり、泳いだりするソフトロボットを作成した。柔らかいチューブ、空気、さらにいくつかの巧妙な物理学だけでできている。将来的には、スマートピルから宇宙技術まで、様々な用途が考えられる。

Science誌に掲載される研究は、これまでで最も速く、最も単純なソフトロボットの1つについて説明している。コンピュータもソフトウェアもセンサもない。それでも、それは驚くべき協調性と自律性で動く。それは単にその体とそれが外界とどのように相互作用するかによるものである。

どのように機能するか?
では、何がそれを動かしているのか?この動作の下には、見落としがちであるが、おそらく見たことがある原則が存在する。ガソリンスタンドの前で揺れ動く、あのふわふわとしたインフレータブルチューブダンサーを思い浮かべてみるといい。それらを小刻みに動かすのと同じ物理学が、次世代の自律型ロボットの鍵を握っている可能性がある。

混沌が秩序に変わる
空気の連続的な流れだけで駆動されると、ロボットの柔らかい管状の足のそれぞれがチューブダンサーのように振動し始める。それ自体で、それぞれの足はランダムに揺れ動く。しかし、複数の脚が結合されると、予期しないことが起こる:それらの動きはすぐに同期し、リズミカルな移動歩行に移る。

「突然、混沌から秩序が生まれる。コードも指示もない。足が自然に同期し、ロボットが飛び立つ」と筆頭著者のAlberto Comorettoは言う。ホタルが同調して点滅したり、心臓細胞が一斉に脈動したりするように、複雑な集団運動は単純な相互作用から生じる。

また、それは速い。空気の流れが入力として与えられると、ロボットは毎秒30体長の距離を移動する。相対的に言えば、Ferrariは毎秒「わずか」20体調の距離である。この速度は、通常、中央集中制御を必要とする他の空気駆動ロボットよりも桁違いに速い。

分散型インテリジェンス
さらに驚くべきことに、同期は適応する。ロボットが障害物にぶつかると、ロボットは自分自身の向きを変える。陸地から水域に移動すると、歩行は同相のホッピングパターンから遊泳のフリースタイルに自然にシフトする。これらの遷移は、中央処理装置や制御ロジックなしで行われる。それどころか、動きは身体と環境の密接な結合から生まれる。

「生物学では、同様の分散型知能をよく見かける。例えば、ヒトデは、集中化された脳ではなく、局所的なフィードバックと体のダイナミクスを使用して、何百ものチューブフィート(管足)を調整する」と共著者のMannus Schomakerは説明している。

この研究は、ロボットがリアルな行動を実現するためには複雑な制御システムが必要であるという従来の考えに挑戦している。「チューブのような単純な物体は、基礎となる物理学を利用する方法を理解していれば、複雑で機能的な振る舞いを引き起こす可能性がある」と、主任研究者Bas Overveldeは言う。実際、Overveldeはそれをロボットとは呼びたくない。「脳もコンピュータもない。基本的には機械だ。しかし、適切に設計されれば、多くのロボットシステムよりも優れた性能を発揮し、人工生物のように振る舞うことができる」

これはどのように応用できるか
将来的には、スマートピルから宇宙技術まで、様々なアプリケーションが考えられる。マイクロエレクトロニクスを使わず、標的組織に自律的に到達した後、飲み込んで薬物を放出できる安全なマイクロロボット。プロセッサなしで歩行ステップに同期するロボットウェアラブルエグゾスーツは、人間の体力を強化しながら消費電力を削減する。従来の電子機器が故障する可能性のある宇宙などの極端な環境に適した自律型機械。より広く言えば、これらの例は、この研究が、実際にはコンピュータを必要とせずに、あたかもコンピュータを持っているかのように動作する機械システムへの扉をどのように開くかを示している。

この研究により、チームはロボット設計に関する新しい考え方、つまり、より適応性が高く堅牢なシンプルなシステムを生み出すことを望んでいる。計算やAIではなく、物理学を通じてである。