私たちが知る限り、世界最小の歩行ロボット
数年前、Spectrum IEEEはすでに存在する最小の4脚ロボットについて書きました。サイズはわずか20 mm、脚の高さは5.6 mm、重量は1.5 gです。 メリーランド大学のSarah Bergbreiterの研究室の開発者であるRyan Saint-Pierreも、わずか100 mgのさらに小さなロボットの写真を見せてくれました。 このすべてをICRA 2016カンファレンスで見たとき、私たちはライアンに、削減の道をさらに進むかどうか尋ねました。
「可能な限り最小のロボットを製造するという問題を解決することは常に興味深いことです」と彼は語った。 -私は同じスキームに従ってロボットの作成に取り組んでいますが、長さ2.5 mmで、ICRAで提示したものよりも1桁小さくなっています。 小型のロボットは、大型のロボットがクロールできない場所に侵入しやすく、さまざまなサイズのロボットが有用性を高めます。
しかし、1注文では不十分であることが判明し、代わりにサンピエールは4脚のロボットを計画の10分の1に開発しました。
ライアンは作業用ロボットのビデオを送ってくれましたが、どれほど小さいか想像するのは難しいです。 規模については、アリを想像してください-それは完全に大きくなく、長さわずか数センチで、マイクロロボットのサイズは2.5 mm×1.6 mm×0.7 mmです。 その設計は、 RHexなどの回転肢を持つロボットに似ており、 RHexの質量は、このマイクロテトラポッドの質量の100万倍です。
前任者と同様に、このロボットは小さすぎて従来の電子機器やモーターを使用できません。 その脚は外部磁場によって制御され、脚に埋め込まれた小さな立方体の磁石に影響を与えます。 回転磁場は磁石を回転させ、脚に最大150 Hzの回転速度を与えます。 磁石を脚にさまざまな方法で配置することで、さまざまなタイプの歩行を実現できます。 ロボットの最大速度は、印象的な37.3 mm / s、つまり1秒あたり14.9体の長さであり、驚くべきことに、ロボットは非常に弾力性があり、「摩耗の兆候や効率の低下の兆候なし」の100サイクルを生き延びました。
このようなロボットの実際の使用例を含め、詳細を学ぶために、Ryan Saint-Pierreとメールで話しました。
IEEE Spectrum ：ロボットを他の小規模歩行ロボットと比較できますか？
Ryan Saint-Pierre ：この作品では、動きに脚を使用する最小で最速のマイクロロボットの1つを紹介します。 マイクロロボットと小さなロボットがありますが、通常は移動に脚を使用しません。 この作業により、ロボット工学と生物学の両方で、ミリグラムスケールでの運動のダイナミクスの理解が向上します。
乾燥した熱帯アリparaponera clavataの頭の横にあるミリグラムロボット
この論文は、脚の磁石の方向がロボットのホッピング動作につながると主張しています。 なぜこのような歩行が選択されたのか、他の歩行の潜在的な利点は何でしょうか？
互いに相対的な磁石の向きを選択することで、歩容を機械的に設定できます。 最初は、4つの磁石がすべて一方向に向いている場合、磁石の手動での組み立てと配置を容易にするために、ホッピングオプションを選択しました。 将来のバージョンでは、磁石の対角線配置が一致したときにトロットを使用しました。 滑らかで起伏の多い地形に沿って移動する場合、歩行が重要であることが判明し、サーフェスを変更する場合はおそらく歩行を変更する必要がありますが、プロジェクトのこの段階ではこれは不可能です。
このサイズの4本足ロボットの潜在的な用途は何ですか？
最初に行うことは、ミリグラム単位の足の動きのダイナミクスを理解し、実行中のアリのより代表的な計算モデルと物理モデルを取得することです。 ミリグラムスケールでの運動の基本原理をよりよく理解することは、このスケールの自律型ロボットの開発と管理に役立ちます。
ロボットをさらに小さくできますか？ 利点と課題は何ですか？
間違いなく可能です。 それはすべて、磁性材料の生産とロボットの本体に利用可能な技術に依存しています。 ただし、サイズを小さくして、脚への労力の移動パターンを同じにすると、問題が発生する可能性があります。 関節で摩擦力が支配的になり始めるため、脚を回すにはトルクを上げる必要があり、運動の効率が低下します。 現在のミリグラムと比較してサイズを小さくするには、運動戦略を変更する必要があります。 しかし、作業スキームと努力の移行を変更せずにスケールを縮小すると、脚の助けを借りて地面の動きをスケーリングするアイデアが得られ、動きの基本的な制限が明らかになり、生物系の進化の圧力に関するアイデアが得られます。
私は、これらの小さなロボットをすぐに体内に送り込んでそこに走らせてすべてを修正する計画がないことに失望していますが、小さな足でロボットの動きを研究することに関連する短期的な目標は、この方向に非常に小さなステップになる可能性があります。
メリーランド大学（現在はカーネギーメロン大学で働いています）のライアンサンピエール、ウォーカーゴスリッチ、サラバーグブライターによる作品「脚が1秒あたり15体の速度で動く3Dミリグラムロボット」が発表されました2018ヒルトンヘッドソリッドステートセンサー、アクチュエーターおよびマイクロシステムワークショップで、彼女は最優秀作品賞を受賞しました。