コインの端を歩くこともできます！陸上最小のカニ型ロボットが開発され、将来的には低侵襲手術に利用できるようになる。

この「横歩き」マイクロロボットはとってもかわいいです！

サイエンス・ロボティクス誌5月号に、サブミリメートルのマルチマテリアル陸上ロボットを紹介するノースウェスタン大学の研究が掲載されました。

このロボットはカニからヒントを得たと伝えられている。小型で柔軟なステップを備えたこの小型ロボットは、遠隔操作でコインの端を自由に歩くことができる。

将来的には、このロボットは限られた空間での作業や低侵襲手術にも使用される可能性があります。

論文リンク:

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abn0602.

「のぞきガニ」にヒントを得た、陸上最小のマイクロロボット

外見から判断すると、このロボットは 8 本の脚と 1 組のハサミ、そしてカニによく似た丸い体を持っています。このロボットは、まさにカニ、つまり「のぞき見カニ」からインスピレーションを得ています。

研究の主任研究者であるジョン・A・ロジャース氏は、自分たちの研究は、鞭毛を使って液体媒体中を移動できるミミズのような構造物など、ミリメートル規模のロボットを研究している他の科学者の研究を補完するものだと語った。

しかし、彼の知る限り、彼らのカニ型マイクロロボットは、幅わずか0.5ミリメートルで、屋外の固い表面を歩くことができる最小の陸上ロボットだ。

このロボットは、胴体と手足に使われる電子グレードのポリマー、可動部分を形成する形状記憶合金 (SMA)、そして構造に剛性を加える外骨格として機能する薄いガラス層という 3 つの主要材料でできている。

しかしロジャーズ氏は、これらの特定の材料に限定されるものではなく、彼のチームは半導体材料を他の種類の導体と統合する方法を模索していると付け加えた。

形状記憶合金（SMA）は「小さなカニ」の動きを助ける

この小型ロボットは、形状記憶合金 (SMA) のおかげで素早く動くことができます。このタイプの材料は、特定の温度で相転移を起こし、形状が変化します。

「つまり、材料を最初の形状で作り、それを変形させ、それを加熱すると、最初の形状に戻るのです。私たちは、この形状変化を、ある種の機械アクチュエーターやある種の筋肉の基礎として利用しているのです」とロジャーズ氏は語った。

記憶金属を加熱するために、研究者らはロボットに集中したレーザー光線を使用した。

「レーザー光線がロボットの形状記憶合金部品に照射されるたびに、相変化とそれに応じた動きが誘発され、レーザー光線が除去されると部品は急速に冷却され、手足は変形した形状に戻る」とロジャーズ氏は述べた。

したがって、ロボットの全身をスキャンするレーザースポットは、さまざまな関節を順番に動かして、歩行と移動方向を確立することができます。

このアプローチには利点があるものの、ロジャーズ氏はさらに多くの選択肢を検討したいと考えています。「レーザーの場合、何らかの光学的なアクセスが必要です…[しかし]ロボットをどこで動作させたいかによって、それが実現可能かどうかが決まります」とロジャーズ氏は語った。

マイクロロボット学者の自然哲学

ロジャーズ氏が自然界の物体を使ってミリメートル未満のロボットを作ったのはこれが初めてではない。

彼の研究室は、風が種子を散布するのと同じ原理を利用して、虫や甲虫に似た小さな構造物や、空中を受動的に移動できる羽の付いたマイクロチップまで開発している。

2015年、ロジャーズ氏とその同僚は、飛び出す絵本などに見られる日本の紙切り芸術である切り紙の概念をどのようにロボットの設計に利用したかについての論文も発表した。

彼らはシリコンウエハーで支えられた、パターン化された材料の高精度な多層スタックを使用しているが、これらの材料は集積回路には有用であるものの、平らであるため「ロボット工学には適していない」とロジャーズ氏は述べた。彼らを三次元に導くためには、「気」の原理を学ぶことが出発点となります。

ロジャーズ氏が強調するように、彼らの研究は現時点では純粋に探索的なものであり、マイクロロボット工学にいくつかの追加的なアイデアを導入する試みである。

「これらのロボットを動かしてさまざまな方向に行かせることはできますが、特定のタスクを実行するわけではありません」と彼は語った。

たとえば、カニ型ロボットには爪がありますが、これは視覚目的のみであり、物体を動かしたりつかんだりすることはできません。「ミッション遂行能力の構築がこの研究分野における次のステップとなるだろう」と彼は語った。しかし現在、マルチマテリアル 3D 構造の作成と双方向アクチュエーションのための SMA の使用は、彼のチームが幅広い研究に貢献する上で重要な 2 つの要素となっています。

さらに研究を進めるために、彼と彼の同僚は、この規模の物体をつかんだり操作したりする能力を高める方法や、ロボットにマイクロ回路、デジタルセンサー、無線通信を追加する方法を検討している。たとえば、ロボット間の通信により、ロボットが群れとして動作できるようになります。調査すべきもう 1 つの分野は、たとえば、マイクロコントローラを介してタイミングシーケンスで局所的な加熱を提供し、動きを制御するために、太陽光発電で駆動する何らかのローカル電源を追加することです。

潜在的な用途に関して、ロジャーズ氏は、マイクロロボットが限られた空間で作業するために使用され、主に低侵襲手術に使用され、次に他のマイクロマシンを構築するための乗り物として使用されることを想定しています。しかし、彼はまた、注意を促している。「私たちがやっていることを大げさに宣伝したくはありません。ロボットが体内に入り、医療で大きな効果を発揮するだろうと空想するのは簡単です。しかし、それが私たちの目指すところであり、私たちの仕事の原動力なのです。」