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2024-12-04 21:07:00
研究者チームは、マンタからインスピレーションを得て、水中でのロボットの動きを制御する能力を向上させ、最速で泳ぐソフトロボットの自己記録を破った。
ソフトロボットはマンタのような形のヒレを持ち、ヒレを大きく広げたときに安定する素材で作られています。フィンは、空気を注入できるチャンバーを備えた柔軟なシリコン製の本体に取り付けられています。空気室を膨張させると、ヒレが強制的に曲がります。これは、マンタがヒレを羽ばたかせるときのダウンストロークと同様です。空気がチャンバーから排出されると、フィンは自然に元の位置に戻ります。
「チャンバーに空気を送り込むと、システムにエネルギーが導入されます」と、論文の筆頭著者で博士号を持つハイタオ・チン氏は言う。ノースカロライナ州立大学の学生。 「フィンは安定した状態に戻ろうとするため、空気を解放するとフィン内のエネルギーも解放されます。つまり、ロボットに必要なアクチュエータは 1 つだけで、より迅速な作動が可能になります。」
マンタの流体力学の研究も、ソフトロボットの垂直方向の動きを制御する上で重要な役割を果たしました。
「私たちはマンタの泳ぐ動きを観察し、ロボットが水面に向かって泳ぐか、下に泳ぐか、あるいは水柱の中でその位置を維持するかを制御するために、その行動を模倣することができました」と、この論文の共著者である Jiacheng Guo 氏は述べています。論文と博士号を取得バージニア大学の学生。 「マンタが泳ぐとき、2 つの水流が発生して前方に進みます。マンタは泳ぐ動きを変えることで軌道を変えます。私たちはこの水泳ロボットの垂直方向の動きを制御するために同様の技術を採用しました。私たちは現在も技術を研究中です。横方向の動きを細かく制御できるようになります。」
「具体的には、シミュレーションと実験により、ロボットによって生成される下向きのジェットは上向きのジェットよりも強力であることがわかりました」と論文の共著者であり、カリフォルニア大学リバーサイド校の機械工学助教授であるユアンハン・ジュー氏は述べています。 「ロボットがヒレを素早く羽ばたくと、上向きに上昇します。しかし、作動周波数を遅くすると、ロボットはヒレを羽ばたかせている間にわずかに沈むことができ、下に潜ったり、同じ深さで泳いだりすることができます。」 」
「関係するもう 1 つの要因は、このロボットに圧縮空気を供給していることです」と Qing 氏は言います。 「これは重要です。なぜなら、ロボットのフィンが静止しているとき、空気室は空であり、ロボットの浮力が減少するからです。そして、ロボットがフィンをゆっくり羽ばたかせているとき、フィンはより頻繁に静止しています。つまり、ロボットの羽ばたきが速いほど、フィンの空気室が満たされる時間が長くなり、浮力が増します。」
研究者らは、2つの異なる方法でソフトロボットの機能を実証した。まず、ロボットの 1 回の反復により、水槽の表面と床に配置された障害物のコースを移動することができました。第二に、研究者らは、繋がれていないロボットが、空気や動力源を含むペイロードを水面に運ぶことができることを実証した。
「これは高度に設計されたものですが、基本的な概念は非常にシンプルです」とイン氏は言います。 「そして、単一の作動入力だけで、私たちのロボットは複雑な垂直環境をナビゲートできます。私たちは現在、横方向の動きの改善に取り組んでおり、このシステムの機能を大幅に強化する他の作動モードを模索しています。私たちの目標は、これを実現することです。」エレガントなシンプルさを残したデザイン。」
論文「Spontaneous Snapping-Induced Jet Flows for Fast, Maneuverable Surface and Underwater Soft Flapping Swimmer」は、ジャーナルにオープンアクセスで公開されています。 科学の進歩。この論文は、インディン・チー氏と元博士課程のヤオイェ・ホン氏の共著である。ノースカロライナ州立大学の学生。そして UVA の Daniel Quinn と Haibo Dong によるものです。
この研究は、助成金 2126072 および 2329674 に基づき、国立科学財団からの支援を受けて行われました。および海軍研究局からの助成金 N00014-22-1-2616 によるものです。
#マンタは高速で泳ぐ柔らかいロボットを刺激します