キャタピラー

ノースカロライナ州立大学、ローリー、ノースカロライナ州

ノースカロライナ州立大学の研究者らは、前進、後退、さらには狭い空間に潜ることもできるキャタピラのような柔らかいロボットを実証した。 キャタピラ ボットの動きは、熱を利用してロボットの曲がり方を制御する銀ナノワイヤの新しいパターンによって駆動されます。

「キャタピラの動きは、体の局所的な湾曲によって制御されます。体を前に引くときと後ろに押すときでは、体の曲がり方が異なります」とノースカロライナ州立大学のヨン・ズー氏は語った。 「私たちはキャタピラの生体力学からインスピレーションを得て、局所的な曲率を模倣し、ナノワイヤ ヒーターを使用してキャタピラ ボットの同様の曲率と動きを制御しました。

「2 つの異なる方向に移動できるソフト ロボットを設計することは、ソフト ロボット工学における重要な課題です」と Zhu 氏は付け加えました。 「埋め込まれたナノワイヤー ヒーターにより、ロボットの動きを 2 つの方法で制御できます。 ソフトロボットの加熱パターンを制御することで、ロボットのどの部分が曲がるかを制御できます。 そして、加える熱の量を制御することで、それらのセクションが曲がる程度を制御できます。」

キャタピラ ボットは 2 つのポリマー層で構成されており、熱にさらされると異なる反応を示します。 最下層は熱にさらされると収縮します。 熱にさらされると最上層が膨張します。 銀ナノワイヤのパターンがポリマーの膨張層に埋め込まれています。 このパターンには、研究者が電流を流すことができる複数のリード ポイントが含まれています。 研究者らは、さまざまなリード点に電流を流すことでナノワイヤパターンのどの部分が加熱するかを制御でき、流す電流の増減で熱量を制御できる。

ノースカロライナ州立大学のShuang Wu氏は、「キャタピラロボットが自らを前方に引っ張ったり、後方に押し出したりできることを実証した」と語った。 「一般に、より多くの電流を流せば流すほど、どちらの方向にも速く動きます。 しかし、ポリマーに冷却時間を与え、再び収縮する前に効果的に「筋肉」を弛緩させる最適なサイクルが存在することがわかりました。 キャタピラボットをあまりにも早く動かそうとすると、体は再び収縮する前に「リラックス」する時間がなくなり、動きが損なわれてしまいます。」

彼らはまた、キャタピラボットの動きを、ユーザーが非常に低いギャップの下で操縦できる程度に制御できることを実証しました。 本質的に、研究者らは、前進と後進の両方の動きと、そのプロセスの任意の時点でロボットが上方に曲がる高さを制御できました。

「ソフト ロボットの動作を駆動するこのアプローチはエネルギー効率が非常に高く、私たちはこのプロセスをさらに効率化できる方法を模索することに興味があります」と Zhu 氏は述べています。 「さらなる次のステップには、ソフトロボットの移動に対するこのアプローチを、捜索救助装置などのさまざまな用途に使用するセンサーや他のテクノロジーと統合することが含まれます。」

詳細については、Matt Shipman までお問い合わせください。このメール アドレスはスパムボットから保護されています。 閲覧するにはJavaScriptを有効にする必要があります。

この記事は、Tech Briefs Magazine の 2023 年 8 月号に初めて掲載されました。

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