コインの端の上を歩ける！陸上最小のカニロボットが打ち上げられ、将来的には低侵襲手術に使用される可能性がある

この「横歩き」マイクロ ロボットはとてもかわいい!

サイエンス ロボティクス誌 5 月号に、ノースウェスタン大学による研究が掲載されました。この研究では、サブミリメートルが紹介されています。レベルマルチマテリアル陸上ロボットを開発。

報道によると、このロボットはカニからインスピレーションを得たもので、その小型サイズと柔軟なペースにより、この小さなロボットは遠隔操作されながらコインの端を自由に歩くことができます。

将来的には、このロボットは密閉空間での手術や低侵襲手術にも使用できるようになります。

論文リンク:

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

「ピーピングトゥカニ」からインスピレーションを得た、陸上最小のマイクロロボットです。

外観から、このロボットは8本の脚、一対のハサミ、丸い胴体と、カニ 非常によく似ていますが、確かにカニ「ピーピングトゥカニ」からインスピレーションを得たものです。

この研究の主任研究者であるジョン A. ロジャース氏は、彼らの研究は、ミリメートルに関する研究を行っている他の科学者の研究を補完するものであると述べました。たとえば、スケールロボットは、鞭毛で液体媒体中を移動できる虫のような構造です。

しかし、彼が知る限り、彼らのカニ型マイクロロボットは、屋外の固体表面を歩くことができる最小の陸上ロボットで、幅はわずか0.5ミリメートルです。

ロボットは 3 つの主要な素材で作られています: 体と手足には電子グレードのポリマー、そして「可動」部分を形成する形状記憶合金 (SMA) ;構造の剛性を高めるための外骨格として機能するガラスの薄い層もあります。

ロジャース氏は、これらの特殊材料に限定されるものではないが、彼のチームは半導体材料と他のタイプの導体を統合する方法を検討していると付け加えた。

形状記憶合金 (SMA) が「小さなカニ」の動きを助ける

この小さなロボットは、形状記憶合金 (SMA) の存在により素早く動くことができます。このタイプの材料は、特定の温度で相変化を起こし、形状が変化します。

ロジャース氏は次のように述べています。「つまり、初期形状で材料を作成し、それを変形させ、その後加熱すると初期形状に戻ります...形状変化をある種の機械的手段として使用します。アクチュエーター、またはある種の筋肉の基礎。」

形状記憶金属を加熱するために、研究者らはロボットに焦点を合わせたレーザー ビームを使用しました。ロジャーズ氏は、「レーザービームがロボットの形状記憶合金コンポーネントに照射されるたびに、相変化とそれに対応する動作が引き起こされます。レーザービームが除去されると、これらのコンポーネントは急速に冷却され、手足は変形した形状に戻ります」と述べました。 ."

したがって、ロボットの体をスキャンするレーザー スポットにより、さまざまな関節を順次作動させて、歩行と移動の方向を確立できます。

このアプローチには利点もありますが、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、ある種の光学的アクセスが必要です...（ただし）それが実現可能かどうかは、ロボットをどこで動作させたいかによって異なります」とロジャース氏は語った。

ロジャース氏が自然界のものを参照してサブミリメートルサイズのロボットを作成したのはこれが初めてではない。

彼の研究室は、ミミズやカブトムシに似た小さな構造物を開発し、さらには風が種子を広げるのと同じ原理で空気中を受動的に移動する翼のあるマイクロチップさえも開発しました。

2015 年、ロジャースと彼の同僚は、日本の切り紙芸術 (飛び出す本で見られるものなど) を活用する方法に関する論文も発表しました。彼らはロボットを設計しました。切り紙をコンセプトにしています。

彼らは、シリコンウェーハでサポートされたパターン化された材料の忠実度の高い多層スタックを使用しましたが、これらの材料は集積回路には有用ですが、平らであるため「ロボットには適していません」とロジャーズ氏は言いました。それ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。

Rogers 氏が強調したように、彼らの研究は現在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のアイデアを導入しようとしています。

「これらのロボットを動かしたり、さまざまな方向に進ませたりす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」と彼は言いました。

たとえば、カニロボットには爪がありますが、これは視覚的な目的だけであり、物体を動かしたり掴んだりするものではありません。 「ミッション遂行のための能力を開発することが、この分野の研究の次のステップとなるだろう」と同氏は語った。しかし現在では、マルチマテリアル 3D 構造の作成と双方向駆動のための SMA の使用が、彼のチームの幅広い研究への貢献の 2 つの重要な部分となっています。

さらに探求するために、彼と彼の同僚は、この規模で物体を把握または操作する能力を高める方法と、ロボットに超小型回路、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ます。たとえば、ロボット間のコミュニケーションにより、ロボットが群れとして動作できるようになる可能性があります。研究のもう 1 つの分野は、太陽光発電を利用したある種のローカル電源を追加することです。たとえば、マイクロコントローラーを介して時系列で局所的な加熱を行い、動きを制御します。

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の作業、主に低侵襲手術、そして二次的に他のマイクロマシンを構築するための車両に使用されることを想定しています。しかし、同氏はまた、「私たちがやっていることを誇張したくない。これらのロボットが体内に入り、医学的に強力な働きをするという空想をするのは簡単だ。（しかし）それが私たちが望んでいる場所であり、それだ」と慎重さも主張している。それが私たちの多くの仕事の原動力です。」

関連記事:

• https://spectrum.ieee.org/microrobots-walking。
• https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abn0602。
• https://www.nature.com/articles/s41586-021-03847-y。
• https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1515602112。

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