中国の科学者が色を変えることができる柔らかいロボットを開発

ああ、これはまだ私が知っているロボットですか? 「カモフラージュして色を変える」と「柔らかく変形する」を両立できるブラックテクノロジーとは？最近、深セン先進技術研究所は「色を変える」ことができる柔らかい這うロボットを発明した。

一方では、カメレオンから学び、自身の構造色（色素ではなく）を調整することで色を変えます。

一方、柔らかい素材で作られており、特に人体と向き合う際の動きが柔軟であるため、硬いロボットよりも安全です。

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環境に適応するソフトロボットの驚くべき能力は、ソフトロボットの特長です。ソフトロボットは、自然界の軟体動物を模倣することで、広範囲にわたって形状やサイズを任意に変えることができます。通常サイズよりも小さな隙間を通り抜け、従来のロボットが進入できない空間にも進入可能。偵察、探知、救助、医療など幅広い応用が期待できる。例えば、口腔や排泄腔の入り口の大きさに合わせて変化し、侵襲の痛みを軽減する特殊な内視鏡など、新しいタイプの医療用検出ロボットとして活用できます。

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いくつかのソフトロボットの模式図。同時に、その強靭で弾力性のあるボディは、さまざまな衝撃に耐え、生き残ることができます。ソフトロボットが直接攻撃を受けることなく環境に溶け込み、人や動物がその存在に気付かなければ、よりこっそりと仕事をこなすことができる。

カメレオンから「色を変える技術」を学ぶ。中国科学院深圳先端技術研究所の杜学民氏のチームは、カメレオンの原理を模倣して、色を変えることで環境と相互作用し、同時に移動できる柔らかい這うロボットを開発した。周囲の環境に応じてカメレオンのように色を変えることができます。

カメレオンは色を変える

このロボットがどのように開発されたかを理解したいなら、まずカメレオンの色が変わる原理について話さなければなりません。杜学民氏によると、カメレオンが皮膚の色を変えることができるのは、体の構造的な色によるものだという。 「カメレオンの皮膚には規則的に並んだナノ粒子があります。皮膚が弛緩したり収縮したりすると、ナノ粒子間の距離が変化し、光の反射効果が変わり、最終的に肉眼で見える色の変化が現れます。マイクロナノ構造と光の相互作用によって生成されるこの色は、構造色と呼ばれます。」 [[272561]]

カメレオンの皮膚の色の変化の顕微鏡写真 カメレオンにヒントを得て、Du Xuemin 氏のチームは色が変わるフィルムを開発しました。 「フィルムが溶媒蒸気で満たされると、一方ではナノ細孔が急速に拡大し、それによって間隔が変化する。他方では、材料の屈折率も変化し、それによって急速な色の変化が実現される」とドゥ・シュエミン氏は述べた。溶剤雰囲気中でのフィルムの色変化速度は 0.2 秒と速く、フィルムが溶剤蒸気にさらされる時間の長さを調整することで、さまざまな色の変化を実現できます。

また、エタノール、アセトン、クロロホルムなどの溶剤蒸気でも、対応する色の変化を生み出すことができます。特定の化学分子や生体分子の刺激によって色の変化を実現するこの技術は、今後、身体の健康モニタリングや環境汚染モニタリングなどの分野への応用が期待されています。 [[272563]]

蒸気は物質の急速な色の変化を引き起こす。研究結果は、世界トップクラスの学術誌「Cell」の姉妹誌「Matter」に7月31日オンライン版で発表された。 「従来のソフトアクチュエータでは、変形や色の変化といった多機能性を実現することは困難です。私たちが開発した這うロボットは、自然界の生物と同じように、環境の変化を自律的に感知し、タイムリーに反応することができます」とドゥ・シュエミン博士はインタビューで語った。より「リアル」なソフトボディのロボット「人」を創り出す この研究のもう一つの大きな進歩は、色を素早く変えながら、制御可能な変形と制御可能な動きを持つ材料を組み合わせて、カメレオンのような駆動を実現したことです。

「自然界のヘビやミミズなどの爬虫類の動きを模倣することで、色を変えたり、一定方向に這ったりできるソフトロボットを設計しました。その移動速度は0.16cm/sに達します（1分間に体長の6倍以上を這うことができます）。」杜学民氏は、この成果はセンシング、通信、ロボットのカモフラージュへの応用が期待されると紹介した。

統合された制御可能な色の変化と動き

この研究の最大の難しさは、色の変化と変形の機能を同時に統合することにあると理解されています。杜学民氏は、色の変化や変形だけを実現するのは比較的簡単だが、急速な色の変化と変形の両方を実現できる材料を得るのは極めて難しいと述べた。研究チームは、この素材の独自の合成と設計を行いました。実験により、この這うロボットは、100サイクル以上にわたって色が変化し、変形した後でも、優れた走行特性を維持できることが示されました。

さらに、チームはこの素材を風車や花などさまざまな複雑な形にデザインしました。杜学民氏は、この成果を将来的に応用するために、さらに破壊的な計画を立てている。

将来的には、この素材の特性をヒューマノイドロボットと組み合わせてロボットの「皮膚」を作り、ロボットにさらに人間的な感情表現を与えることを計画している。現在のロボットは言語面などで非常に人間化しているが、それでも人間に冷たい印象を与える。サービスロボットに色が変わる素材を適用し、恥ずかしがっているときは顔を赤らめ、怒っているときは顔を青くすることができれば、人間とコンピュータのインタラクションの効果は大幅に向上するだろう。最終的には、人間と機械と環境に優しいインテリジェントな相互作用が実現されます。