スーパーマリオをプレイする3本の機械指がサイエンス誌に掲載された

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ロボットアームが缶を握ったり、クルミで遊んだり、ルービックキューブで遊んだりするのを見たことがあります…

スーパーマリオをプレイしているのを見たことがありますか？

以下は、 3本の指しかないロボットハンドです。落ち着いて冷静にゲームコントローラーを操作し、マリオの最初のレベルを無事クリアしました。

P.S. 指で押すところが少し見づらいので、拡大版をご覧ください。

この操作はルービックキューブで遊ぶほどクールではありませんが、よく見ると、このロボットは従来の金属やその他の材料で作られているのではなく、3Dプリントによってプラスチック、ゴム、その他の材料で作られた「柔らかい」ロボットです。

はい、これはソフトウェアであり、金属製のロボット装置は含まれていません。

では、ゲームを完了するためにどのように「自分自身」を制御するのでしょうか?

△結果はサイエンス誌に掲載されました

流体制御ロボット

おそらくご想像のとおり、これは流体制御に依存しています。

流体ダイオードや「通常閉」/「通常開」の流体トランジスタなど、いくつかの3D 流体回路要素を使用します。これらの材料は、剛性マニピュレータと比較して、製造が容易で、制御が容易で、柔軟性があります。小さなゲーム ボタンでスーパー マリオをプレイしても問題ありません。

流体トランジスタ: 室温で液体の金属合金をゴムに注入して、天然の皮膚のように柔らかく柔軟性のあるトランジスタを作成します。

流体トランジスタを使用するもう 1 つの利点は、各指に制御ラインを装備する必要がないことです。各指は圧力変化を加えるだけで独立して動きます (一部のロボット アームは 4 本の指を同時に動かす必要があります)。

スーパーマリオのゲームをクリアできる理由は、研究者が設計した統合流体回路により、制御プログラムを通じてさまざまな圧力値が設定され、ロボット全体が重要な動きを実行できるように制御されるためです。

たとえば、低い圧力をかけると、人差し指でボタンを押すとマリオは前進し、高い圧力をかけるとマリオはジャンプし、中程度の圧力をかけるとマリオは走ります。

下の写真は指の内部構造を示しており、流体トランジスタと浮遊ディスクで構成されています。回路の開閉は内部の液体合金の流れによって制御されます。

△Bは順流回路、Cは逆流回路、Dは圧力と流れ方向の関係

簡単に言えば、加えられた圧力が変化すると、指の中の流体トランジスタ内の流体がそれに応じて変化し、それによって浮遊ディスクの変位に影響を与えます。異なる程度の膨張によって指先に異なる下向きの力が加わり、最終的に回路が制御されて指の動きが完了します。

効果をテストするためにスーパーマリオをプレイすることにした理由は次のとおりです。

これは単に懐かしさのためだけではなく、科学的な理由もあります。ゲームのタイミングとレベル構成は固定されているため、事前にプログラムされたアクションに従ってロボットの動作のタイミングを計るだけで、そのパフォーマンスを比較および測定できます。

スーパーマリオをプレイすることは、ソフトロボットアームの性能を評価する新しい方法とも言えます。

ただし、ソフトジョイントコンポーネントが「膨張」および「収縮」プロセスを実行するときには時間遅延が発生するため、手順を設計する際にはこの要素を考慮する必要があります。

1枚印刷するのに数時間しかかかりません。

もう 1 つの利点は、数日または数週間ではなく、ロボットが数時間で3D プリントを完了できることです。

彼らは、PolyJet 3D 印刷技術を使用して、流体チャネルとホース ジョイントをラインごと、層ごとに印刷しました。

PolyJet は 2D インクジェット印刷に近い方法で動作し、押し出し機が選択したフォトポリマー材料の小さな液滴をプリントベッド上に堆積し、その後 UV 光で硬化します。印刷によって自然に滑らかな表面が実現されるため、後処理で必要となる追加の研磨や磨きの量を大幅に削減できます。

印刷が完了したら、水溶性サポート材を手作業で取り除くだけで、最終製品が得られます。所要時間はわずか 10 分強です。

ソフトロボット/マニピュレータは、従来の剛体ロボットに比べて安全性や柔軟性が高く、剛体ロボットでは不可能な操作も実行できることが多く、義肢や生体医療機器への応用研究への関心も高まっています。

このロボットの印刷コストは約100 ドルと見積もられています。チームは、この分野の発展を加速させることを期待して、印刷方法をオープンソース化した。

論文の宛先:
https://advances.sciencemag.org/content/7/29/eabe5257