ヘビのような皮膚がロボットに這う力を与える

ヘビ、大蛇、危険な麺。何と呼ぼうとも、敬意を払うべきだ。だって、手足がないのに歩き回ったことがあるか？（それに、噛まれることもあるしね。）

ヘビの歩行の秘密は、腹部の特殊な鱗にあります。この鱗は、まるでスパイクのように地面を掴み、前進するのを助けます。そして今、その秘密がロボット工学の世界に応用されました。研究者たちは本日、Science Robotics誌に、自動的に飛び出して地面を掴む鱗を備えたインフレータブルロボットを開発したと発表しました。さらに驚くべきことに、科学者たちは円形、三角形、台形など、様々な形の鱗をレーザーカットしました。そして、すべての形状が同じように作られているわけではないことが分かりました。

このシステムはシンプルさの中に優雅さを湛えている。ロボットの核となるのは膨張式チューブで、胴回りではなく主に長さ方向に膨らむ。研究者たちはこのチューブの上に、切り紙のように切り抜いたポリエステルの表皮を貼り付けた。つまり、彼らは多数の小さなフラップを作成したのだ。

「この模様を伸ばすと、ある部分は上に、ある部分は下に伸びます」と、論文の筆頭著者であるハーバード大学の機械工学者アフマド・ラフサンジャニ氏は語る。「そこで私たちは、基本的に一方向の切り紙模様である、いくつかの新しいデザインを考案しました。すべてが一方向に向かって伸びているのです。」

チューブに空気を送り込むと、構造全体が前方に伸び、同時に鱗が飛び出し、アイスピックのように地面に食い込みます。その結果生じる摩擦によって、ロボットは膨張と収縮を繰り返しながら、ゆっくりと前進することになります。

これは、アクチュエータと呼ばれる電気モーターを使用する従来のロボットとは対照的に、通常は油や空気を使って移動するソフトロボティクスという比較的新しい分野における、画期的な開発です。油を送り出して物を持ち上げるロボットの筋肉のようなものを想像してみてください。あるいは、折り紙に着想を得た、骨格を備えたソフトロボットも考えてみてください。アクチュエータがなければ、ソフトロボットをその場で曲げる以外の動作をさせることは難しいかもしれませんが、この開発は未来への道を示しています。

興味深いことに、ロボットの動きの効率は、研究者が切り取った鱗の形状に依存しています。台形の鱗は、膨らむたびに円形の鱗よりもヘビをより遠くまで引っ張り、円形の鱗は三角形よりも優れています。なぜそうなるのか、ラフサンジャニ氏はまだはっきりと説明できません。しかし、台形は円や三角形よりも表面積が大きいため、それが関係している可能性があります。

「ヘビの腹の鱗を見ると、もっと台形に見えます」とラフサンジャニ氏は言う。「表面積が広ければ接触面積も増えると考えられます。ですから、表面が非常に粗いと、引っかかる可能性が高くなります。」

ここで興味深いのは、研究者たちが最初からヘビを完全に模倣しようとしたわけではないということです。彼らは様々な形状を試した結果、ヘビの腹部の鱗が摩擦を生み出すのに非常に最適化されている可能性があることを偶然発見しました。そして理論的には、科学者たちは改良を重ねることで、ヘビには不可能な動きを可能にするシステムを開発できる可能性があります。カーネギーメロン大学が開発した別のヘビ型ロボットも、ヘビのように動きながらも、生物学的に不可能な動きもできるという点で、この研究の成果を実証しています。

現時点では、この新しいシステムはロボットにとって最速の移動手段とは言えません。しかし、これらのロボットの子孫は、それほど高速である必要はないかもしれません。縦方向にしか伸びないので、狭い場所にも入り込むことができ、検査などの用途に適しているかもしれません。あるいは、十分に小型化すれば、いつかあなたの動脈を這い回るようになるかもしれません。そう、ロボットがあなたの動脈を蛇のように這うのです。