ロボットの舌が Gecko グリッパーをきれいになめる

およそ 10 年前、ロボット工学の世界では、ヤモリにヒントを得た方向性接着剤が大いに盛り上がりました。この方向性接着剤は、ヤモリが垂直のガラス板の上を走り回るのと同じファンデルワールス力を利用して、べたつかずに貼りつく材料です。 これらはさまざまな種類の登山ロボットに広く使用されており、中には非常に美しいものもあります。 Gecko 接着剤は、他に唯一の選択肢が吸引しかない場合でも、非常に滑らかな物体に独自に貼り付けることができ、そのためにはあらゆる種類の追加のインフラストラクチャが必要になります。

いくつかの理由から、最近ではヤモリ接着剤をあまり見かけなくなりました。 まず、滑らかな表面にのみ接着できるという機能 (これがヤモリ接着剤の最も優れた点です) は、移動ロボットにとっては少し制限があります。 そして第二に、研究と有用な応用との間のギャップは広くて深く、ワニでいっぱいです。 私が話しているのは、愛らしい種類のワニではなく、意地悪な種類のワニについてです。 しかし、Flexiv Robotics は、ヤモリテープをきれいになめる一種のロボットの舌のおかげで、ヤモリ接着剤を商業環境でのロボットによる掴みに実用化しました。

ズームしてみると、 方法 ヤモリの足を見ると、各足の指が剛毛と呼ばれる何百万もの髪の毛のようなナノ構造で覆われていることがわかります。 各剛毛は最後に何百もの毛に分岐し、その端にはスパチュラと呼ばれる平らな部分が付いています。 この剛毛とヘラの複雑な配置の結果、ヤモリの指は途方もない量の表面積を持ち、分子間の非常に弱いファンデルワールス力を利用して、完全に平らで滑らかな表面に貼りつくことができることを意味します。 この技術は非常にうまく機能します。ヤモリは足の指 1 本でガラスにぶら下がることができ、完全に接着したヤモリは 140 キログラムもの重量を支えることができます (残念ながら、これは実験結果ではなく推定であるようです)。 そしてヤモリにとって幸運なことに、ヘラの構造により接着方向に方向性があり、足の指に負荷がかからなくなったら、付着しているものから簡単に剥がすことができます。

天然ヤモリの接着構造と合成接着剤 (f)。ヤモリの接着: 進化的ナノテクノロジー、ケラー・オータムとニック・グラビッシュ著

ヤモリは、私たちが通常「粘着性」という言葉を使うような意味で物に「くっつく」ことはありません。そのため、ヤモリの能力を特徴づけるより適切な方法は、ある種の接着剤が関与するものではなく、「乾燥粘着」であると言えます。 ヤモリのつま先は単に非常に高い摩擦であると考えることもできます。この視点は、ロボット グリッパーの文脈では特に興味深いものです。

これは Flexiv の「Grav Enhanced」グリッパーで、ピンチ把握と高摩擦ヤモリ接着剤の組み合わせを使用して、重くて繊細な物体を圧迫せずに持ち上げます。 水風船のようなものを持ち上げようとする従来のロボット把握システムについて考えると、グリッパーの側面と風船の側面の間の摩擦が風船自体の重さに打ち勝つまで、その風船を握る必要があります。 摩擦が大きいほど、必要な絞りは低くなります。水風船は極端な例かもしれませんが、壊れやすい物体や変形しやすい物体に関しては、グリッパーの摩擦を最大化することで大きな違いが生まれます。

ただし、乾式接着剤にはいくつかの問題があります。 接着剤を接着させる小さな構造は損傷しやすい場合があり、乾いた接着剤は接触できるほぼすべてのものに接着するという事実は、注意深く管理された環境の外では汚れが急速に蓄積することを意味します。 研究の文脈では、これらの問題はそれほど重要ではありませんが、商用システムの場合、常に注意を払う必要があるものは存在しません。

フレキシブ社は、同社のヤモリ接着剤を構成する微細構造材料は、目に見える性能低下なしで 200 万回のグリップサイクルに耐えることができたと述べており、設計された許容範囲内で使用する限り、接着し続けるはずであることを示唆しています。ただし、あまりにも多くの重量を持ち上げようとすると微細構造が破損し、わずか数サイクルで接着特性が損なわれてしまいます。 そして、接着剤が破片で詰まらないようにするために、Flexiv は、ある種の小さなロボットの舌のように機能する、この賢い小さなクリーニング ステーションを考案しました。

興味深いことに、ヤモリ自体は自分の舌を使って足の指を掃除していないようです。 通常の人間と同じように定期的に眼球をなめますが、ヤモリの足は自浄作用があるようで、これは非常に巧妙なトリックです。 確かに、自己洗浄性の合成ヤモリ接着剤を作ることは可能ですが、Flexiv 社は次のように述べています。「技術的および実際的な制限により、このプロセスを当社独自のヤモリ接着剤で再現することは不可能です。」 基本的に、私たちはヤモリの足裏の微細構造を再現していますが、その自浄プロセスは再現していません。」 おそらくこれは、研究の文脈で何が機能するのか、商業の文脈で何が機能するのかという問題にまで遡る可能性があり、Flexiv はこれらの数百万サイクルすべてに対応するためにヤモリ接着剤を必要としています。

Flexiv 社は、顧客の 1 社がリサイクルからゴミを分別するという非常に汚れた作業にグリッパーを使い始めたときにこのようなシステムの必要性を認識し、その解決策は糸くずローラーからインスピレーションを得たと述べています。 そして、問題を直接的かつ効率的に解決するために Flexiv が考案したシステムのシンプルさに感謝していると言わざるを得ません。 おそらくいつか、耐久性があり手頃な価格の人工乾式接着剤を使用して、本物のヤモリの自然な自浄能力を備えた足の指を再現できるようになるかもしれませんが、それが実現するまでは、人工の舌がその役目を果たします。