壁を登る毛虫のように、上海交通大学の新しいソフトロボットは水平にも垂直にも動くことができる

今日のロボットは、次のようなさまざまな形やサイズのものがあります。

こんなのもあります:

一見奇妙に見えるこれらのロボットのほとんどは、自然界の生物からインスピレーションを得ています。この記事の主人公は、ロボットです。そう、ロボットです。

これは、上海交通大学機械動力工学学院ロボット研究所の顧国英教授のチームが尺取虫にヒントを得て開発した新しいタイプのソフトロボットです。

論文アドレス: https://ieeexplore.ieee.org/document/9585535/media#media

幼虫の頃は、シャクトリムシが進む一歩一歩は非常に小さいですが、シャクトリムシが這っていける地形や方向は非常に多様です。例えば、シャクトリムシは水平面と垂直面の両方でゆっくりと前進することができ、その並外れた器用さを使って不均一な地形を進むことができます。そのため、多くの研究者がシャクトリムシを模倣して柔軟なソフトロボットを構築しようと試みてきました。

ソフトロボットにとって、水平面と垂直面の間を移動することは特に困難です。なぜなら、ソフトロボットは、地面から足を離して垂直の壁や表面に足場を張れるほどの強さと柔軟性の両方を備えていなければならないからです。

上海交通大学の研究チームは、シャクトリムシの柔軟性を実現するために、3つの繊維強化空気圧アクチュエータを使用して、シャクトリムシの体の部分を空気圧人工筋肉としてシミュレートしました。この空気圧機構は、ロボットの「尾」、「頭」、「体」を正確に制御するのに役立ちます。同時に、制御システムはアクチュエータの位置を監視し、ロボットの全体的な動きを調整する役割を担い、這うときに尺取虫の這い方に似た「Ω」形状を実現できるようにします。

インチワームロボットの足は、2 つの負圧吸盤を使用して制御可能な摩擦を生成します。空気圧アクチュエータと吸盤によって同期して駆動されるこのロボットは、本物のシャクトリムシのように、体を伸ばして足の圧力吸盤を制御することで「前進」します。水平面では最大21mm/秒、垂直壁では最大15mm/秒の移動速度を実現。耐荷重は水平面で500グラム（自重の約15倍）、垂直壁で20グラムを運ぶことができます。

さらに、この研究では、ロボットの運動特性を特徴付けるために簡略化された運動モデルを開発し、そのマルチモーダル運動変形と吸盤摩擦を同期的に制御するための制御戦略を提案しました。

インチワームロボットは垂直面上を「Ω」の字型に這い進みます。

柔らかい移動ロボットが水平面と垂直面の間の遷移動作を実現したのは今回が初めてであり、これにより柔らかいロボットの作業空間が拡大し、検査、清掃、メンテナンスなどの用途に使用できるほか、液体中での応用も期待されます。

今後、研究チームはソフトロボットにセンサーを追加して制御をさらに自動化し、駆動システムのサイズを縮小してロボットの制約を減らし、天井や構造化されていない領域など、より複雑な環境でロボットが移動する可能性を探ります。

参考リンク: https://spectrum.ieee.org/robotic-inchworm