ドイツの研究者は3Dプリントとバイオニクスを利用してバッテリー不要の機械翼を開発

ドイツの研究者は3Dプリントとバイオニクスを利用してバッテリー不要の機械翼を開発
2025年2月12日、アンタークティックベアは、ドイツのダルムシュタット工科大学とドレスデン・ロッゼンドルフ・ヘルムホルツセンター(HZDR)の研究者が、オオカバマダラの構造と飛行力学にヒントを得たロボット翼を開発したことを知りました。 3D プリント技術を使用して製造された翼は、バッテリーなしで動作し、効率的な動きを生み出すパッシブ フレクシャ システムを備えています。研究者らは、これらのソフトロボットは環境研究、捜索救助活動、医療用途などの分野で応用できる可能性があると述べている。

△磁場にさらされると、3Dプリントされた蝶の羽は飛びます。本物の蝶の羽は信じられないほど強いだけでなく、飛行効率も非常に高いことはよく知られています。研究者たちは、メキシコとカナダの間を毎年何千マイルも移動するオオカバマダラが示す膨大なエネルギーと機械効率にインスピレーションを受けた。彼らは3Dプリント技術を使って蝶の羽の構造を複製し、それを新しいロボット装置に組み込みました。この 3D プリントされたロボットの翼は、小さな磁性粒子を含む熱可塑性ポリウレタン複合材で作られており、磁場にさらされると翼が羽ばたくようになります。


オリバー・グットフライシュ教授とデニス・マカロフ博士が率いるチームは、構造の異なるレプリカを備えた12個の翼モデルを製作した。その中で、オオカバマダラの静脈構造にインスピレーションを得たデザインが最も優れた成績を収めました。研究者らは、有限要素解析シミュレーションと実験を通じて、これらのパターンが翼の空気力学と操縦性に与える影響を評価した。学術誌「Advanced Intelligent Systems」に掲載された研究結果によると、静脈のような構造を持つデザインにより、柔軟性を維持しながら材料の強度と適応性を向上させることができることが明らかになった。このデザインを再現するために、チームはレーザー粉末ベッドフュージョン (L-PBF) を使用した 3D プリントを使用しました。

△関連研究タイトルは「3Dプリント磁性蝶のバイオニック設計、製造、羽の変形」(ポータル)
3D プリントされた翼の潜在的な用途は何ですか?

これらの翼の開発により、さまざまな分野で新たな可能性が開かれました。環境研究では、生態系を監視し、花粉媒介者の個体数を研究するために使用できます。捜索救助活動においては、軽量かつ効率的な設計により、自然災害後のアクセスが困難な地域の探索が可能になります。さらに、バイオメディカル分野では、この技術は低侵襲手術や、変形機能を持つ人工筋肉やスマート材料の開発に応用することができます。

△粉末床レーザー溶融技術を使用して、オオカバマダラの羽の構造を再現しました。現在、これらのバイオニック羽が直面している科学的研究の難しさは、電力を供給するために外部磁場が必要であることです。研究の共著者であるムハンマド・ビラル・カーン氏は、「今後の研究は、より小型の磁場発生器とフィードバック制御を統合して自律動作を可能にすることに重点を置く可能性がある」と指摘した。研究チームはまた、磁場の強度と方向を調整することで動作制御と精度を最適化する新しい戦略も模索する予定である。

これらのロボット翼の開発は、生体模倣ロボット工学における画期的な進歩を表しています。同時に、3D プリント技術は、生物システムの効率性と適応性を模倣できる機能デバイスを作成する上で大きな可能性を示しています。今後この技術が進歩するにつれ、環境モニタリングから精密医療まで、さまざまな分野での応用に革命をもたらすことが期待されています。



バイオニック、ロボット、翼

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