軟質素材の円盤は200Hzで振動し、低い気圧の層を作って天井に張り付く
軟質素材の円盤は200Hzで振動し、低い気圧の層を作って天井に張り付く / Credit:Michael T. Tolley et al.,Advanced Intelligent Systems(2021)
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壁や天井に張り付きスムーズに移動できるロボットが登場

2021.06.07 Monday

Somehow This Robot Sticks to Ceilings by Vibrating a Flexible Disc(spectrum) https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/robot-sticks-to-ceilings
Gas-Lubricated Vibration-Based Adhesion for Robotics https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aisy.202100001

まるでヤモリのように、壁や天井に沿って動くロボットが登場しました。

しかし、その張り付く原理は従来の方法と異なります。

カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)の研究チームは、振動する円盤が生み出す低圧空気の層を利用することで、表面に吸着したまま自由に移動できるロボットの開発に成功しました。

これは垂直に引っ張る力に対しては5N(ニュートン)の荷重まで耐えられるのに、水平な動きにはほとんど抵抗がありません。

この研究の詳細は、5月25日に科学雑誌『Advanced Intelligent Systems』にて発表されています。

空気の薄膜で張り付くロボット

円筒の局面でも張り付いたまま自在に動き回るロボット
円筒の局面でも張り付いたまま自在に動き回るロボット / Credit:Michael T. Tolley et al.,Advanced Intelligent Systems(2021)

壁に張り付いて移動できるロボットは、建物の検査や探査、清掃などに便利なためいろいろと研究されてきました。

しかし、表面への吸着と表面に沿った移動というものは、基本的に両立しません。

そのため、これまでの研究では、壁に張り付いて移動するためには、複数の接着パッドを持った複雑なロボットが必要となっていました

けれど、今回の研究で提案されたロボットは、そんな従来の常識を覆すものです。

これは振動ベース接着 (vibration-based adhesion:VBA)と呼ばれる新しい接着能力で、柔軟な円盤が振動することで、表面との間に低圧の空気層を作り出し、それによって壁に張り付くというのです。

モーターが円盤を振動させ、壁と円盤の間の空気薄膜に負圧を発生させる
モーターが円盤を振動させ、壁と円盤の間の空気薄膜に負圧を発生させる / Credit:Michael T. Tolley et al.,Advanced Intelligent Systems(2021)

ここで発生する低圧空気の層は厚さ1mm未満で、完全に表面にくっつくわけではないため、水平方向に対する摩擦はありません。

そのため、ロボットは壁の表面に張り付いたまま、壁に沿って自由に動き回ることができるのです。

円筒の表面を移動するロボットの様子。完全に逆さまでも張り付いたまま横移動ができる。
円筒の表面を移動するロボットの様子。完全に逆さまでも張り付いたまま横移動ができる。 / Credit:UC San Diego Bioinspired Robotics and Design Lab(youtube)

さらに、この吸着は5N近い荷重にまで耐えることができるとのこと。

実験では重さ0.38kgのコーラの缶をロボットに運ばせることにも成功しています。

箱の天井に張り付いたロボットが、0.38kgの缶を吊るす様子
箱の天井に張り付いたロボットが、0.38kgの缶を吊るす様子 / Credit:UC San Diego Bioinspired Robotics and Design Lab(youtube)

かなり強い力で吸い付いているように見えますが、このロボットは小型でかなり単純な構造でできています。

その構成は、柔軟なポリエステルの円盤と振動源となるモーター、移動のための車輪やパッテリーだけです。

実験で使われたロボットの構成。かなり簡単な構造でこの驚くべき挙動を実現している。
実験で使われたロボットの構成。かなり簡単な構造でこの驚くべき挙動を実現している。 / Credit:Michael T. Tolley et al.,Advanced Intelligent Systems(2021)

特に大きなデメリットもなく、自在に壁や天井を移動できるというのはすごい技術です。

今後は、ロボットのサイズと吸着力、移動能力のバランスについて、研究を進めていくとのこと。

ただ、唯一の弱点はこの円盤を振動させる周波数が200Hzで人間の可聴域であることです。

つまり、このロボットは壁に張り付くためにかなりの騒音をたてるのです。

まるで忍者のように天井に張り付くロボットですが、残念ながらこのロボットに隠密行動は難しいようです。

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