磁気ロボットが歩き、這い、泳ぐ

2023 年 8 月 3 日 MIT ニュース コメントを残す

ジェニファー・ミシャロウスキー MITニュースオフィス

MITの科学者たちは、弱い磁石で制御できる小型の軟体ロボットを開発した。 ゴム状の磁性スパイラルで形成されたロボットは、シンプルで簡単に適用できる磁場に反応して、歩く、這う、泳ぐようにプログラムできます。

「一次元の磁場でロボットの三次元移動を制御できるというのは、今回が初めてのことです」と、磁性ロボットに関するオープンアクセス論文をチームが6月3日に発表したポリーナ・アニケエワ教授は語る。ジャーナル「アドバンスト・マテリアルズ」に掲載されました。 「そして、それらは主にポリマーで構成されており、ポリマーは柔らかいため、それらを活性化するために非常に大きな磁場は必要ありません。 実際、これらのロボットを動かすのは、非常に小さな磁場なのです」と、マサチューセッツ工科大学の材料科学と工学、脳と認知科学の教授であり、マクガバン脳研究所の准研究員であり、マサチューセッツ工科大学の副所長でもあるアニキエバ氏は付け加えた。エレクトロニクス研究所、MIT の K. リサ ヤン脳体センター所長。

新しいロボットは、狭い空間で荷物を輸送するのに適しており、ゴム製の本体は壊れやすい環境にも優しいため、この技術が生物医学用途に開発される可能性が開かれています。 アニキエバ氏と彼女のチームは、ロボットの長さを数ミリメートルにしてきましたが、同じアプローチをもっと小さなロボットの製造にも使用できるだろうと彼女は言います。

磁気ロボットのエンジニアリング

アニキエバ氏は、これまで磁性ロボットは磁場の移動に応じて動いていたと語る。 彼女はこれらのモデルについて、「ロボットを歩かせたい場合は、磁石も一緒に歩きます。 回転させたい場合は、磁石を回転させます。」 これにより、そのようなロボットを導入できる設定が制限されます。 「本当に制約された環境で運用しようとしている場合、可動磁石は最も安全な解決策ではない可能性があります。 サンプル全体に磁場を適用するだけの固定機器が必要です」と彼女は説明します。

Anikeeva の研究室の元大学院生である Youngbin Lee PhD '22 は、この問題の解決策を考案しました。 アニキエワ氏の研究室で彼が開発したロボットは均一に磁化されていない。 代わりに、異なるゾーンと方向に戦略的に磁化されているため、単一の磁場で磁力の動きを駆動するプロファイルが可能になります。

ただし、磁化する前に、ロボットの柔軟で軽量な本体を製造する必要があります。 Lee 氏は、硬さの異なる 2 種類のゴムを使用してこのプロセスを開始します。 これを挟んで加熱し、細長い繊維状に伸ばします。 2 つの素材の特性が異なるため、一方のゴムはこの伸張プロセスを通じて弾力性を維持しますが、もう一方のゴムは変形して元のサイズに戻れなくなります。 したがって、歪みが解放されると、繊維の一方の層が収縮し、反対側を引っ張って全体をしっかりとしたコイルに引き込みます。 アニキエワ氏によると、このらせん状の繊維はキュウリのねじれた蔓をモデルにしており、細胞の一層の水分が失われ、二層目よりも早く収縮すると螺旋状になる。

3 番目の材料 (粒子が磁性を帯びる可能性のある材料) は、ゴム状の繊維を通るチャネルに組み込まれています。 したがって、スパイラルが作成されると、特定の種類の動きを可能にする磁化パターンを導入することができます。

「ヨンビンは、私たちのロボットを磁化させて、自分がプログラムしたとおりに動かせるようにする方法を非常に慎重に考えました」とアニキエバ氏は言います。 「彼は、磁場を適用したときに、実際に歩き始めたり、這い始めたりするような力のプロファイルを確立する方法を決定するために計算を行いました。」

たとえば、キャタピラのような這うロボットを形成するには、ヘリカル ファイバーを緩やかな波状に成形し、胴体、頭、尻尾を磁化して、ロボットの運動面に垂直に磁場を加えると胴体が磁化されます。圧縮します。 磁場がゼロになると圧縮が解放され、這うロボットは伸びます。 これらの動きが連携してロボットを前進させます。 2 本の足のような螺旋状の繊維が関節で接続されている別のロボットは、より歩行に近い動作を可能にするパターンで磁化されています。