ノミより小さなカニが、史上最小の遠隔操作ロボットになる
2022-08-12
studyfinds.orgより
イリノイ州エバンストン発-ノミより小さなカニ型ロボットが、史上最小の遠隔操作ロボットになった。幅はわずか0.5ミリメートルで、歩く、曲げる、ひねる、回す、ジャンプすることができる。
この驚くべき記録破りのマイクロマシンは、ノースウェスタン大学のエンジニアが開発したもので、小さなオコゼのような形をしている。同じチームは、尺取虫、コオロギ、カブトムシに似たミリメートルサイズのロボットも開発している。
現時点では探索的な研究だが、この技術により、狭い空間内で実用的な作業を行う超小型ロボットの実現に、ロボット工学の分野が近づくかもしれないと考えているそうだ。また、研究者らは昨年、人類史上最小の飛行構造体である翼のあるマイクロチップを作製している。
A magnified view of the tiny crab robot， standing on the edge of a coin. (Credit: John Rogers / Northwestern University)
電気がなくてもロボットが動く？
「ロボット工学はエキサイティングな研究分野であり、マイクロスケールのロボットの開発は学術的に楽しいテーマです」と、この実験を主導したバイオエレクトロニクスのパイオニア、ジョン・ロジャース教授は大学の発表で述べています。
「マイクロロボットは、産業界で小さな構造物や機械を修理したり組み立てたりするエージェントとして、あるいは、詰まった動脈を取り除き、内出血を止め、癌腫瘍を除去する手術の助手として、すべて低侵襲な処置で活躍することが想像できるかもしれません。」と述べています。
「我々の技術は、様々な制御された運動様式を可能にし、1秒間に体長の半分の平均速度で歩くことができます。」と、理論研究を率いたYonggang Huang氏は付け加えています。「これは、地上型ロボットのような小さなスケールで実現するのは非常に困難なことです。」
Smaller than a flea， a single crab robot stands on the edge of a coin. (Credit: John Rogers / Northwestern University)
このミニマシンを作るために、研究者たちは熱を加えると「記憶した」形に変形する形状記憶合金材料を使用しました。今回は、レーザービームを走査して、ロボットの胴体上の狙った場所を急速に加熱した。
冷却すると、ガラスの薄い膜がその部分を弾性的に変形させた形状に戻すのです。ロジャース教授は、ロボットがある段階から別の段階へと変化し、変形した形から記憶された形へと戻るときに、運動性が生まれると付け加えました。
レーザーを遠隔操作してロボットを動かすだけでなく、レーザーの走査方向がロボットの歩行方向を決定するのだと説明する。例えば、左から右へスキャンすると、ロボットは右から左へ移動します。
「これらの構造は非常に小さいので、冷却の速度は非常に速いのです」とロジャーズは説明します。「実際、これらのロボットのサイズを小さくすることで、より高速に動作させることができます。」
Several miniature crab robots stand together. (Credit: John Rogers / Northwestern University)
「飛び出す絵本」ロボティクス？
このような小さな機械を製造するために、ロジャースとホアンは、8年前に紹介した技術、つまり子どもの飛び出す絵本からヒントを得た飛び出し式組み立て方法に注目した。
研究チームはまず、歩くカニの構造体の前駆体を、平らな平面形状で作製することから始めた。次に、この前駆体をわずかに伸ばしたゴム基板に貼り付けた。
伸ばした基板をリラックスさせると、制御された座屈プロセスが起こり、カニが正確に定義された3次元形状に「飛び出す」。この製造方法によって、チームはさまざまな形や大きさのロボットを開発できるようになるが、カニは学生たちの手に委ねられた。
「このような組み立て技術と材料のコンセプトがあれば、ほとんどどんなサイズや立体形状の歩行ロボットでも作ることができます」とロジャーズは結論付けています。「しかし、学生たちは、小さなカニが横に這う動作にインスピレーションと面白さを感じたのです。創造的な気まぐれだったのです。"
この研究成果は、学術誌「Science Robotics」に掲載されました。
https://www.studyfinds.org/robotic-crab-smallest-ever/
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