この物語は、数千フィート上空の渡り鳥から始まり、ロボット魚が水中を泳ぐところで終わります。旅の準備として、鳥たちは大きく太り、体重は倍増するかもしれません。いわば、羽根のバッテリーのような存在です。何日も何マイルもかけて、彼らは蓄えたエネルギーを消費して翼を動かし、飢えや凍えから身を守ります。そしてついに、彼らは衰弱した状態で目的地に到着します。
コーネル大学とペンシルベニア大学のエンジニアたちは、機械のための新しいエネルギーシステムという素晴らしいアイデアを思いつきました。彼らは考えました。脂肪はクールなバッテリーですが、ロボットで再現するのは必ずしも現実的ではない、と。では、血液はどうでしょうか？人間の血液は、体中の細胞に酸素とエネルギーを供給します。そして、油圧システムという形で、すでに一部のロボットの動力源として液体が使われています。では、血液が筋肉を動かすように、その液体をエネルギー輸送用に改造してみてはどうでしょうか？
彼らが着想を得たのは、ロボット鳥（あまりにも複雑でエネルギーを大量に消費する）ではなく、原始的な血管系と「血液」を使って自らを駆動し、ヒレを油圧駆動するロボットミノカサゴだ。この技術はまだ初期段階にあり、実際この魚は非常に遅い。しかし、未来の機械は、かさばるバッテリーやワイヤーを捨て、生物のように自ら電力を供給するようになるかもしれない。トースターというよりサイロンのような機械を想像してみてほしい。
現代のロボットは頑固に分断されています。リチウムイオン電池を搭載し、ワイヤーを通して四肢のモーター（アクチュエーター）に電力を供給しています。この新しいロボットミノカサゴにも電池は搭載されていますが、体中に散りばめられており、2つのポンプと連動して動作します。1つは胸びれに電力を供給し、もう1つは尾びれに電力を供給します。電池とポンプは、従来のロボットにおけるリチウムイオン電池というより、むしろ生物の心臓のような役割を果たします。
ジェームズ・ピクル
最初の構成要素は「血液」です。これは本質的には、溶解したイオンを含む帯電した作動油であり、電子機器に電力を供給するための化学ポテンシャルを持っています。「作動油は力を伝達します。そして、力だけを伝達します」と、このシステムについて説明したネイチャー誌に掲載された論文の共著者であるコーネル大学のロボット工学者ロバート・シェパードは述べています。「この作動油では、力と電力を伝達しているのです。」
この帯電した液体は、魚の腹部とヒレにある電池セルを流れます。各セルには、正極と負極という2つの対向する金属片があります。液体がこれらのセルを通過すると、電荷の不均衡、つまり電圧が生じ、2つのポンプに電力を供給する電子機器に電子が流れます。これらの電子機器が液体を送り続けます。やがて液体からイオンが失われ、電池セルも消耗し、液体の循環が停止します。その時点で液体を補充することで、魚を動かし続けることができます。「実際に液体を抜いて、さらに帯電した液体を注入することも可能です」とシェパード氏は言います。「ガソリンスタンドでガソリンを満タンにするようなものです。」
このように、流体は魚にエネルギーを与えます。しかし、流体は従来の油圧流体としても機能し、尾びれと胸びれに力を伝達します。ポンプが流体を尾びれに送り込むと、尾びれが前後に曲がり、ロボットを推進します。胸びれも同様に機能し、魚を左右に操舵します。
ただし、ロボットをそれほど速く動かすわけではありません。魚は1分間に体長の約1.5倍しか移動できません。「海にいたら間違いなく食べられてしまいます」とシェパード氏は言います。
しかし、シェパード氏と彼のチームはアノードとカソードの表面積を増やして電力密度を向上させることができるため、ロボットの速度は向上するばかりです。従来のハードボディロボットとは異なり、これらのバッテリーセルを好きな場所に詰め込むことができ、ロボットの柔らかいフォームファクターを追加部品に合わせることができます。こうして、ポンプとバッテリーがロボット内で液体を循環させる、拡張されたロボット循環システムを構築できるのです。
水槽の中のロボット魚
ジェームズ・ピクルこのシステムには、特にリチウムイオン技術の高度な現状を考慮すると、いくつかの重大な制約があります。「このシステムでは、リチウムイオン電池の30倍から150倍もの電力密度が実現されています」と、MIT CSAILのロボット工学者ロバート・カッツマン氏は述べています。カッツマン氏は、従来のリチウムイオン電池を搭載した独自のロボットフィッシュを開発しました。つまり、カッツマン氏のロボットは、この新しい魚の20倍の速度で移動できるということです。
さらに、この新しい魚のエネルギーシステムは分散型であるため、飛行中にバッテリーを簡単に交換することはできません。「海に入るたびにバッテリーを新しいものに交換すれば、プロトタイプの充電を待つ必要がありません」とカッツマン氏は言います。
それでも、この新しいロボット工学のビジョンは、従来のリチウムイオンシステムと並んで、活用できる余地があるかもしれない。結局のところ、海には魚がたくさんいるのだ。
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