Nature公式刊行！新しいバイオニックロボットRAVEN、3Dプリントにより鳥の離陸メカニズムの研究が可能に

2024年12月、アンタークティックベアは、スイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）の研究者がバイオニックロボットRAVEN（Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments）に関する最新の研究結果をNature誌に発表したことを知りました。このロボットは鳥を模倣しており、歩く、ジャンプする、飛ぶことができ、鳥にヒントを得た離陸メカニズムを使用して効率的な空中から地上への移行を実現します。 3Dプリント技術はRAVENの製造プロセスにおいて重要な役割を果たし、この画期的な研究を可能にしました。

背景マルチモーダル移動ロボットの開発は常に困難を伴います。重量や機械的な複雑さを増すことなく、複数の移動モード（歩行、ジャンプ、飛行など）を組み合わせる方法が難しい問題です。既存のマルチモーダルロボットは通常、飛行以外に移動モードが 1 つしかありませんが、研究者たちは鳥が異なる移動モードを簡単に切り替えられる能力に着想を得ました。鳥の効率的な離陸メカニズム、特にジャンプ離陸がRAVEN設計の核となるアイデアとなりました。

△鳥からヒントを得たロボットのデザインと機能

研究内容
RAVEN の核となるイノベーションは、鳥の後ろ足にヒントを得たバイオニック脚機構にあります。複雑な鳥の脚構造とは異なり、RAVEN の脚の設計は、股関節、足首、足の 3 つの主要パーツのみに簡素化されており、股関節と足首の関節を制御することで、歩く、ジャンプする、飛ぶなどの複数の動作モードを実現します。

△3Dプリントが重要な役割を果たす

この設計を実現するために、研究者らは 3D プリント技術を広範に活用しました。 RAVEN の主要コンポーネントの多くは、ギアボックス、脚コネクタ、足構造、胴体フレームなど、3D プリンター Ultimaker S5 と高靭性 PLA 素材を使用して製造されています。この製造方法により、複雑な形状を素早く構築できるだけでなく、必要に応じて設計パラメータを調整してロボットのパフォーマンスを最適化することも可能になります。たとえば、RAVEN の足のデザインは平らな足構造を特徴とし、3D プリント技術によってつま先に受動弾性ジョイントを統合し、陸上移動時および地上から空中への移行時の安定性と柔軟性を高めています。さらに、3D プリントにより、研究者は設計を迅速に反復し、実験中に RAVEN のパフォーマンスを継続的に向上させることができました。

RAVEN には、脚部機構に加え、空中飛行を実現するための前部プロペラ、翼、尾部も装備されています。 RAVEN は、脚の動きとプロペラの推力を同期させることで、地上から空中へ素早く移行することができます。

△Ultimaker S5プリンターは、高度なデュアルノズルモーションシステム、大きな造形体積、数百種類の消耗品のサポートを備えた準工業グレードの3Dプリンターです。

研究結果

△離陸実験

△陸上移動：RAVENは0.23メートルの速度で連続歩行（a）、11.5mmの隙間を飛び越え（b）、26cmの垂直障害物を飛び越えることができる。

実験結果によると、RAVEN は毎秒 2.4 メートル (体長の 4.8 倍に相当) の速度でジャンプして離陸することができ、プロペラだけに頼って離陸するよりも効率的です。他の離陸方法（落下離陸や立った状態での離陸など）と比較すると、ジャンプ離陸は速度とエネルギー効率の両方で大きな利点があります。さらに、RAVEN は歩行、ジャンプ、高跳びなどさまざまな地上移動パターンが可能で、その汎用性と柔軟性を実証しています。

見通し
RAVEN の開発成功は、マルチモーダル航空ロボットの設計に新たなアイデアをもたらします。今後、研究者らはより軽量な材料やより効率的な駆動方法をさらに研究し、3Dプリント技術を使用してRAVENの構造と性能を最適化する予定です。この研究により、多機能ロボットの開発が促進され、捜索救助や環境監視などの分野への応用が期待されます。 3D プリント技術の迅速な反復とカスタマイズの利点は、将来のロボットの研究開発においてますます重要な役割を果たし、マルチモーダルロボット技術の進歩を促進します。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08228-9

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