寧夏大学と浙江大学:3Dプリントされた昆虫のようなマイクロ高速移動ロボット

寧夏大学と浙江大学:3Dプリントされた昆虫のようなマイクロ高速移動ロボット
出典: EngineeringForLife

小型昆虫は小型で軽量であり、狭い空間でも素早く機敏に動くことができます。昆虫型ソフトロボットは、探索や救助など、さまざまな場面で活用できます。しかし、昆虫サイズで動きが速く、堅牢性が高く、衝突を感知する機能を備えた昆虫型ロボットの設計と大量生産は、依然として大きな課題となっています。

最近、寧夏大学のMao Jie氏は浙江大学のLuo Yingwu氏とHe Yong氏のチームと協力し、高周波に反応できる3Dプリント人工筋肉を開発しました。彼らはまた、この人工筋肉を使用して昆虫サイズのソフトロボットを設計・製造しました。ロボット全体の厚さはわずか 15 mm で、コインよりも小さく、重さはわずか 450 mg で、超高速で移動できます (1 秒あたり体長 4 分、誘電エラストマー駆動ロボットの中で報告されている最速の這う速度)。このロボットは、さまざまな場所や複雑な経路を走行し、細いパイプを登り、ロボットのグループが同時に作業できるようにし、繰り返しの衝撃に耐えて感知することができ、高い堅牢性、優れた環境適応性、衝撃感知能力を発揮します。関連する研究成果は、「昆虫サイズの超高速ソフトロボットに向けた3Dプリント高周波誘電エラストマーアクチュエータ」というタイトルでACS Materials Letters誌に掲載されました。第一著者は朱元波師範で、共同責任著者は寧夏大学化学工学学院の茅潔准教授、浙江大学化学工学学院の羅英武教授、機械工学学院の何勇教授です。

図1 3Dプリントされたマイクロ高速移動ロボット
1. 高速動作の秘密 - 高周波応答誘電エラストマーアクチュエーター<br /> ロボットの素早い動きの秘密は、独自のモーター筋肉、誘電エラストマーアクチュエータにあります。誘電エラストマーアクチュエータは、電界下で急速な変形が可能な電気活性人工筋肉の一種です。しかし、マイクロ誘電エラストマーアクチュエータの自動化、連続化、迅速化、カスタマイズ化は常に難しい問題であり、誘電エラストマー分野の発展を制限してきました。この問題を解決するために、研究チームは、コイル型誘電エラストマーアクチュエータを効率的に製造するための、マルチマテリアルインク直接書き込み同軸3Dプリントプロセスを開発しました。作製したアクチュエータは、750 Hzの高周波数で急速かつ可逆的に変形でき、超長寿命(性能低下なしで100万サイクル以上駆動)を備えています。この優れた性能のドライブの製造により、ロボットの高速動作のための強固な基盤が築かれます。
図2 コイル状誘電エラストマーアクチュエータの性能
2. 昆虫のようなソフトロボットの性能<br /> このロボットは昆虫と同程度の大きさで、50mm/秒(体長の4倍/秒)以上の移動速度を実現できます。誘電エラストマー駆動の這うロボットとしては、最小かつ最速のロボットの1つです。
図3 ロボットの動作性能 ロボットは走行状態のまま外部から圧迫されても損傷を受けることなく、前進機能を素早く回復することができます。ロボットアクチュエータは、電流の変化を通じて、圧迫されたことを感知する能力も示しています。
図4 ロボットの堅牢性と自己認識能力。このプロジェクトの研究は、超高速昆虫レベルの誘電エラストマーロボットの製造に実現可能なソリューションを提供し、電気活性材料の設計、製造、応用にとって優れた参考と指導的意義を持っています。

出典: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsmaterialslett.2c00991

ロボット、柔らかい、昆虫、ミニチュア、這う

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