バッタ

Oct 09, 2023

ルペンドラ・ブラハムバット - 2023 年 3 月 11 日午後 12:55 UTC

超人は現実世界には存在しませんが、いつかスーパーロボットが現れるかもしれません。 もちろん、人間よりも強く、速く、優れたロボットを作ることは可能ですが、どれだけ優れたロボットを作ることができるかには限界があると思いますか?

材料科学とソフトロボット工学の継続的な発展のおかげで、科学者たちは現在、将来のロボットが人間以外の生物学の限界を押し上げることを可能にする新しい技術を開発しています。 たとえば、コロラド大学ボルダー校の研究チームは最近、自身の厚さの 200 倍をジャンプできるソフト ロボットを生み出す可能性のある材料を開発しました。 バッタは地球上で最も驚くべき跳躍力を持つものの 1 つですが、空中に跳躍できるのは体長の 20 倍までです。

昆虫を上回ったにもかかわらず、ゴムのようなジャンプ素材を開発した研究者らは、バッタからインスピレーションを得たと述べている。 昆虫と同様に、この物質はその領域に大量のエネルギーを蓄え、ジャンプしながらそれを一度に放出します。

ゴム状フィルムは、架橋ポリマーネットワークで構成される特殊な材料である液晶エラストマー (LCE) で構成されています。 これらは、エラストマー (タイヤ、接着剤、ソフト ロボットの製造に使用) と液晶 (テレビ ディスプレイ、人工筋肉、マイクロロボットの製造に使用) の特性を示し、さまざまな外部刺激に非常に応答します。 全体として、LCE は従来のエラストマーよりも強力で、より柔軟で、優れたアクチュエーターです。

この研究の筆頭著者であるテイラー・ヘブナー氏とその同僚は、LCEとその形状変化能力を調べていた。 当時、彼らはジャンプロボットを作成するつもりはありませんでしたが、LCE の興味深い動作を観察しました。 「私たちは液晶エラストマーがホットプレートの上に置かれているのをただ眺めていて、なぜ期待した形状にならないのかと不思議に思っていました。液晶エラストマーは突然テストステージからカウンタートップに飛び降りました」とヘブナー氏はニュースリリースで述べた。

高温の場所に接触すると、材料は最初に反って反転し、その後突然、次の 6 ミリ秒以内に、その厚さの約 200 倍の高さまで空中に飛び上がりました。

研究者らは、LCE が熱に反応することに気づき、バッタのような材料の開発につながりました。 この研究には関与していないウォータールー大学の材料科学専門家ハメド・シャーサヴァン氏は、これらの発見についてコメントしながら、「LCEは通常、熱または光に反応します。この研究でも、エネルギーを生成するために熱を使用します」とArs Technicaに語った。 LCE の変形とジャンプに必要です。」

研究者らによると、バッタのような素材は3つのエラストマー層と液晶で構成されているという。 材料が加熱されると、エラストマー層が収縮し始めますが、その収縮速度は上部 2 層の方が速く、下部層よりも剛性が低くなります。 同時に、液晶も収縮し始めます。 これらの不均衡な変化の結果、ロボットの胴体の裏側の脚の近くに円錐のような形状が現れます。

ロボットの四隅には 4 本の脚が取り付けられており、前側に短い脚が 2 本、後ろ側に長い脚が 2 本あります。 研究者らによると、短い脚と比較して、長い後脚は接触点が高く、スナップスルー力によって材料を望ましい角度で持ち上げることができます。

大量のエネルギーがコーンに蓄積され、これがフィルムの機械的不安定性を引き起こします。 LCE がさらに加熱されると、円錐形の構造が急速に反転し、材料が空中に舞い上がります。 研究著者らは、「各 LCE における配向の同心円状のパッキングは、方向性のある形状変化を円錐にプログラムします。しかし、LCE の応答と材料の機械的特性の変動により、次のような一時的な不安定性が導入されることが示されています」と述べています。独立した映画のスナップスルーとして。」

研究者らは、加熱ではなく冷却時にジャンプするようにジャンプ材料の構成を変更できると主張している。 さらに、脚の配置を変えることで、材料がジャンプする方向を簡単に制御できます。 Shahsavan 氏は、このような LCE を使用して、さまざまなモバイル ソフト ロボットやデバイスを作成できる可能性があると示唆しています。

同氏は、「この研究で示されたジャンプ機構を限定することで、小型ソフトロボットの耐荷重機能として得ることができる大量のエネルギー出力密度がもたらされる。ジャンプは、凹凸のある場所での小型ロボットの移動にも利用できる」と付け加えた。地形を直接、または歩く、這う、インチングなどの他の移動メカニズムを補助するメカニズムとして使用します。

LCEは約42年前にヘイノ・フィンケルマンという名前の化学者によって発見されましたが、科学者がその並外れたジャンプ能力を認識したのはおそらくこれが初めてです。 結果として得られるバッタのような材料は、ソフトロボット工学のための強力な移動手段を提供する可能性がある。

Science Advances、2023 年。DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.ade1320 (DOI について)

ルペンドラ・ブラハンバットは経験豊富なジャーナリストであり映画製作者です。 彼は科学と文化のニュースをカバーしており、過去 5 年間、世界のさまざまな地域で活動する最も革新的な通信社、雑誌、メディア ブランドと積極的に協力してきました。