功績は功績として認めるべきだろう。進化は、ナマコの尻に登って生殖腺を食べる魚から、極めて複雑な方法で宿主の精神を支配する寄生虫まで、多くの巧妙な適応を生み出してきた。しかし、イオン推進は、燃料を燃焼させたりローターを回転させたりする代わりにイオンを加速することでロボットを動かす、画期的な新技術である。この技術はまだ開発の初期段階にあるが、将来的には、これまでにない飛行を実現する機械の実現につながるかもしれない。
宇宙船の分野でイオン推進という言葉を耳にしたことがあるかもしれませんが、この用途は少し異なります。ほとんどの太陽光発電イオン宇宙船は、キセノン原子に電子を衝突させて正電荷を帯びたキセノンイオンを発生させ、それが負電荷を帯びたグリッドに向かって加速し、宇宙へと飛び出します。この推力は従来のエンジンに比べると微々たるものですが、問題ありません。宇宙船は真空中を浮遊しているため、イオンのシャワーが少しずつ機体を加速させるのです。
しかし、地球上のロボットは空気分子を自由に使えるため、キセノンを気にする必要はありません。この場合（電気流体力学的推力と呼ばれます）、電気は導電性の金属でできた小さな櫛状のものに流れ込みます。それぞれの非常に鋭い歯がイオンを放出し、そのイオンは下にある炭素繊維製の「コレクター」グリッドに引き寄せられます。
「A地点からB地点へ向かう途中で、中性分子、つまり空気（窒素、酸素、少量の二酸化炭素、そして水）と何度も衝突します」と、ワシントン大学の機械エンジニア、イゴール・ノヴォセロフ氏は説明する。同氏は、チームのシステムを詳述した最近のプレプリント論文の共著者である。「つまり、これらのイオンが空気を地面に向かって加速させ、推進力を生み出すのです。」
簡単でしょう？キセノンをいじったり、羽ばたかせたり、ローターを回転させたりする必要はありません。しかし現実には、イオン推進にはロボット工学者たちがまだ取り組み始めたばかりの多くの問題が伴います。
Dedicら
一つは電力だ。推進力を生み出すのに十分なイオンを生成するには大量の電力が必要で、ノヴォセロフ氏らはロボットを電源に接続する必要があるほどだ。彼らの機械は、合計で1インチ（約2.5cm）の長さの4つの独立したイオン推進装置がくっついたようなものだと考えてみよう。4つ搭載することで、それぞれの出力を調整し、クワッドコプターのように操縦できるようになる。
しかし、それはまだ先の話です。なぜなら、現時点ではこの機械は離陸に必要な推力をわずかに上回る程度の推力しか生み出せないからです。操縦と持続飛行を可能にするバッテリー、センサー、その他の電子機器を搭載するには不十分です。（下の写真のように、単一の係留スラスターは動力飛行のカオス方式を採用しています。）このスラスターは、モデルとなったカリフォルニア大学バークレー校のイオンスラスターほど強力ではありません。
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しかし、この新型の、より弱いスラスターには、他に良い点がある。バークレー版よりも製造時間がはるかに短いのだ。「極めて薄く精密な材料を使うという贅沢を享受できました」と、バークレー版の製作者で、現在スタンフォード大学に在籍する機械工学者のダニエル・ドリュー氏は語る。「しかし、設計図を送り、返送を待ち、クリーンルームに入り、高価なツールをいくつも作動させなければなりませんでした。そうしてやっと、デバイスがぎっしり詰まったウエハーが完成するのですから」
この新型スラスターはレーザー切断技術を採用しており、すべて研究室で行われています。「このようなものを作るのに数日から数週間かかるところを、原材料を使って30分以内で作ることができます」と、新型スラスターの共同設計者であるソーヤー・フラー氏は言います。
これにより、チームは設計の反復作業を大幅に高速化できます。これはロボット工学研究において重要な考慮事項です。ハードウェアの設計では、変更を加えるのに数ヶ月かかることがあります。レーザーカットは、ドリューが享受していた精度を多少犠牲にするものの、プロセスを大幅に高速化します。
つまり、異なる材料で作られた様々な形状の電極を試して、デバイスのパワーと効率を向上させるということです。最終目標は、いつかイオンロボットを野外に放つことです。「問題は、十分なバッテリーを搭載できるかどうかです」とドリューは言います。「そして、現時点での答えは、かろうじて可能になるかという点です。ですから、今後の課題は、このメカニズムの効率をいかに向上させるかということです。」
イオンスラスタの優れた点は、固体であることです。昆虫型ロボットは機械の羽根で飛ぶため、故障の可能性がある可動部品が多くあります。クワッドコプターのローターやエンジンも同様です。しかし、イオン推進であれば、十分な電力さえあれば、動き続けることができます。
このシンプルさは製造コストの低減にもつながり、こうした機械を複数台で運用できることを意味します。「農業における病気の発見やガス漏れの発見、宇宙探査などにも活用できます」とフラー氏は言います。「小型飛行ロボットを他の惑星に送り出すことに、本当にワクワクしています。打ち上げコストが非常に安いからです」。ロケット会社は、結局のところ、貨物の重量に応じて料金を請求するのです。
究極的には、この技術は従来の飛行機械に限定される必要はありません。研究者たちは既に、ローターを使って二足歩行する二足ロボットを開発しています。このロボットは、例えば坂道を駆け上がる際にバランスを保ち、エネルギーを節約するのに役立ちます。イオンスラスタは、他の脚式ロボットの性能向上にも役立つかもしれません。このような頑丈な機械には既にバッテリーが搭載されているため、イオンをどのように流すかという電力問題を解決する可能性があります。
あなたの動き、進化。
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