バイオハイブリッドロボットは食品廃棄物を機能的な機械に変える

December, 18, 2025, Lausanne--EPFLの科学者たちは、廃棄された甲殻類の殻をロボット装置に組み込み、天然素材の強度と柔軟性を活用してロボット用途に活用している。

今日では多くのロボティシストが自然から設計のインスピレーションを得ているが、バイオインスパイアド・ロボットでさえ、金属、プラスチック、複合材料などの非生物的素材で作られることが多い。しかし、EPFL工学部のコンピュテーショナルロボット設計・製造ラボ(CREATE Lab)から開発された新しい実験的ロボットマニピュレータは、この流れを覆す。その主な特徴は、ラングスティン(langoustine)のような腹部の外骨格である。

一見珍しいかもしれないが、CREATE Labの責任者Josie Hughesは、生物学的要素と合成部品を組み合わせることが、ロボティクスの向上だけでなく持続可能な技術システムの支援にも大きな可能性を持っていると説明している。

「外骨格は鉱物化した殻と関節膜を組み合わせており、そのセグメントが独立して動くことができる剛性と柔軟性のバランスを提供している。これらの機能により甲殻類が水中で高速かつ高トルクで動くことをできるが、ロボット工学にも非常に役立つ。また、食品廃棄物を再利用することで、材料をリサイクルし新たなタスクに適応させる持続可能なサイクル設計プロセスを提案する。」

Advanced Science誌に掲載された論文で、Hughesと同氏のチームは、ラングースティンの腹部外骨格を合成部品で補強・補強する3つのロボット応用を実証している。最大500gの物体を扱えるマニピュレータ、様々な物体を曲げて掴むことができるグリッパ、さらに泳ぐロボットである。

設計、運用、リサイクル、繰り返し

CREATEラボは、ラングスティンの外骨格の構造的堅牢性と柔軟性を、合成成分の精密な制御と耐久性を組み合わせることを決定した。

研究チームは外骨格内にエラストマを埋め込み、各セグメントを制御し、モーター駆動のベースに取り付けて剛性応答(伸展と屈曲)を調節することでこれを実現した。最後に、チームは外骨格をシリコンコーティングで覆い、強化と寿命延長にした。

モーター駆動の台座に取り付けた場合、最大500gの物体を目標区域に移動させることができる。グリップペアとして取り付けると、2つの外骨格が蛍光ペンからトマトまで、様々な大きさや形状の物体をしっかりと掴むことができる。このロボットシステムは、2本の羽ばたく外骨格「フィン」を持つ泳ぐロボットを最大11㎝/secの速度で推進することさえできる。

使用後、外骨格とそのロボットベースを分離でき、ほとんどの合成部品を再利用できる。「われわれの知る限り、持続可能なデザインと再利用・リサイクルを組み合わせたロボットシステムに食品廃棄物を統合する概念実証を提案したのわれわれが最初である」とCREATE Labの研究者で筆頭著者のSareum Kimは話している。

このアプローチの制約の一つは、生物学的構造の自然な変動にある。例えば、各ラングスティンの尾の独特な形状により、2本の「指付き」グリッパは左右でわずかに異なる曲がり方をする。研究チームによると、この課題には、調整可能なコントローラのようなより高度な合成増強機構の開発が必要になる。これらの改良により、チームは将来的に生体由来構造要素を統合するシステム、例えば生体医療インプラントや生体システムモニタリングプラットフォームに応用される可能性を見出している。

「自然は必ずしも最適な形態を提供するわけではないが、それでも多くの人工システムよりも優れた性能を示し、優雅な原理に基づく機能的な機械設計に貴重な洞察を提供する」とHughesはまとめている。