研究者らが自由に動ける3Dプリンターを開発

南極クマの紹介: 3D 印刷技術の継続的な発展に伴い、従来の固定式 3D プリンターの限界が徐々に明らかになってきています。機能性と精度は向上し続けていますが、印刷時には 1 つの位置に固定する必要があり、アプリケーションシナリオと利便性が制限されます。しかし、イノベーションの出現により、この状況は打破されつつあります。

△ 移動型3Dプリントロボット「MobiPrint」
2024年12月7日、Antarctic Bearは、ワシントン大学の研究チームがMobiPrintと呼ばれる革新的なデスクトップ3Dプリンターを開発したことを知りました。このデバイスは、ユーザーが自宅でさまざまなアイテムを簡単に製造できるようにするだけでなく、前例のない自律移動機能を備えており、指定された場所に自力で到達して印刷ジョブを実行できます。 MobiPrint のユニークな点は、空間の周囲を自動的に測定し、必要なものを正確に床に直接印刷できることです。

このプロジェクトは Daniel Campos Zamora 氏が主導し、ピッツバーグで開催された ACM ユーザーインターフェイスソフトウェアおよびテクノロジシンポジウムで発表されました。 MobiPrint プロジェクトは、国立科学財団の資金提供を受け、パデュー大学の助教授であり、アレンスクールの元博士課程の学生である Liang He 氏が共同執筆しました。

△ MobiPrint 構造図
MobiPrintの革新的な機能

この革新的な 3D プリンターは、いくつかの高度なテクノロジーを組み合わせています。システムの中心となるのは、Roborock S5 ロボット掃除機のプラットフォームに巧みに取り付けられた改造された Prusa Mini+ 3D プリンターです。 MobiPrint のユーザーインタラクションは、特別に設計されたグラフィカルユーザーインターフェイス (GUI) を通じて実現され、ユーザーはロボットが描画した屋内マップ上にオブジェクトを自由に描画して配置できます。

正確な位置決めと印刷を実現するために、このシステムはオープンソースソフトウェア Valetudo を使用します。これは、家庭用掃除機と同じ LiDAR (光検出と測距) 技術を使用して周囲の環境をマッピングします。これにより、MobiPrint はカーペット、ビニール、堅木張りの床材など、さまざまな種類の床材に、最大 180 x 180 x 65 mm のサイズで印刷できるようになります。

このソフトウェアはローカリゼーション機能も提供しており、ユーザーはクラウドサービスに頼ることなくロボットの経路を表示および検証できます。ユーザーは、MobiPrint の組み込みライブラリを使用してプリセットテンプレートを選択したり、個人のデザインファイルをアップロードしたりできます。地図上で印刷場所を選択し、デザインのサイズと位置を調整すると、ロボットが指定された場所に移動し、オブジェクトを床に直接印刷します。 MobiPrint は一般的な PLA バイオプラスチックを印刷材料として使用し、実用的な構造部品、カスタマイズされた家庭用品、または環境アート装飾を作成できます。

現在、MobiPrint の印刷モードは「駐車して印刷」です。つまり、地図上で印刷対象の場所を識別し、駐車して指定されたオブジェクトの印刷を開始します。印刷プロセス中にロボットを安定させる必要があるため、大きなデザインを印刷する能力が制限されます。しかし、プロジェクトリーダーの Daniel Campos Zamora 氏は、連続モード印刷をサポートするように機能を拡張し、より大きなオブジェクトの印刷を可能にすることを検討しています。

△印刷場所までのルートを独自に描画
MobiPrintは視覚障害者向けのサービスを提供

ワシントン大学の研究チームは、MobiPrint は単に家を美しくするための芸術的な 3D プリントデバイスであるだけでなく、包括的な社会を実現するための重要なステップでもあると考えています。ダニエル・カンポス・サモラ氏が率いるこの研究室は、視覚障害者の生活の質を向上させる革新的なツールの開発に重点を置いています。

「このプロジェクトを思いついたきっかけの 1 つは、触覚表面インジケータを使用して、視覚障害のあるユーザーが空間を移動できるようにするためにどのように使用できるかを検討したことです」と、カンポスサモラ氏は説明します。「これらのインジケータは、会議での指示などの重要な情報を提供したり、階段の存在などの潜在的な危険を警告したりできます。MobiPrint は、凹凸のある床をカバーするためのスロープを作成することもできます。」

アレンスクールの教授、ジョン・E・フレーリッヒ氏は、次のようにビジョンを語った。「自転車に乗った子供や車椅子に乗った友人や家族が、縁石のない歩道の端に来るところを想像してください。将来、たとえ短時間しか機能しないとしても、ロボットが道を歩いてスロープを作れるようになれば素晴らしいでしょう。これは、環境の再構成可能性を示しています。」

研究者たちは現在、MobiPrint が印刷されたオブジェクトを削除してリサイクルできるようにすることに取り組んでいます。また、コンクリートなどの素材では現時点では不可能だが、屋外環境でさまざまな素材を使用して、テーブルや壁などの他の表面に印刷する可能性も模索している。

現在、このプロジェクトの最終目標は、テクノロジーを人々の実際のニーズに合わせて調整し、家庭や公共スペースをより包括的なものにすることです。このプロジェクトは、技術的な進歩を示すだけでなく、視覚障害者のニーズに特に焦点を当て、日常生活を真に改善できるツールも提供します。 MobiPrint はまだ開発中であり、いくつかの制限はありますが、その潜在的な用途は有望です。

△ MobiPrint は、視覚障害者が室内を移動する際に役立つ触覚マーキングを表面に印刷できます (左)。また、杖などの補助ツールのサポートも提供します (右)。
モバイル3Dプリントロボットの将来的な応用展望

Antarctic Bear は、技術の継続的な進歩により、3D プリント技術は従来の固定プリンターの制限から解放され、より柔軟でインテリジェントな方向に発展していると考えています。今後、技術のさらなる成熟と人工知能（AI）システムの導入により、移動式3Dプリントロボットは、都市インフラの維持管理、建物の建設、公共芸術の創造などの分野でより重要な役割を果たすことが期待されています。ロボットは、反復作業や危険な作業において人間に代わって作業を行い、効率性と安全性を向上させるだけでなく、緊急時にも迅速に対応し、必要な修理や建設作業を行うこともできます。

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