光合成で動く 3D プリントの「火星」探査車

2022年2月1日、アンタークティックベアは、ウェスト・オブ・イングランド大学の研究者が3Dプリント技術を使用して、光合成のみで駆動する球形探査車を作成したことを知りました。マリモ駆動ローバーシステム（MARS）装置は、PLA シェルで囲まれた藻類ボールで構成されており、特定の領域に十分な酸素を蓄積してローバーがその方向に移動できるようにする構造になっています。研究チームによれば、この「回転トルク」現象を利用することで、システムは自律的に動くことができ、人間が届かない場所にセンサーを設置するのに理想的になる可能性があるという。
△研究者らが3Dプリントした「火星」探査車。画像はウェスト・オブ・イングランド大学より。
光合成エネルギー源

研究者らによると、過酷な環境に入るように設計された従来の探査車の多くは、「不確実な状況下での安定性と自律動作」に問題があるという。チームは既存の設計を改良し、電源の自給自足性を高める可能性のある方法を開発しました。自然界では、光合成は太陽エネルギーを有機的に収穫する方法であり、生物が太陽光のエネルギーを収穫するため、確実に推進できる探査車にとって理想的な電源となります。研究では、この目標を達成した緑色植物の葉緑体は最大36%の光合成効率を持つことが判明しました。そのため、光合成プロセスを完全に最適化するために、研究チームは「光合成と人間工学を組み合わせる」ことで、長距離を移動できるだけでなく、継続的な燃料補給も必要としない新しいタイプの自律型ローバーを製作することを提案しています。
△3Dプリントされたローバーはテスト中に障害物を回避できることが証明されました。画像はウェスト・オブ・イングランド大学より。
「MARS」マリモボール

本質的に、研究者らの光合成に基づくアプローチは、淡水の川に自然に集まるマリモ藻類を利用している。自然界では、植物が海流の間で浮き沈みすることが観察されます。これは、植物の糸状の構造と自然に発生する内部区画が気泡を引き寄せ、定期的に植物を表面に持ち上げてから消散させ、沈下させるためです。藻類を部分的に Ultimaker S5-3D プリントされた球体に統合すると、球体は非対称に光合成を行い、デバイスを動かすのに十分な酸素を生成しました。

「マリモボールは球形なので、三次元空間での自由な動きが可能になる」と科学者らは論文で説明した。「水に比べてガスの密度が低いということは、ガスが泡になって上昇し、全体の位置エネルギー (PE) を最小限に抑えることを意味します。閉じ込められたガスの容積が時間の経過とともに増加すると、回転トルクのピークが増加し、ついには動きが実現します。研究者は、五角形の殻の中に分割されたマリモボールを封入したものが最高のガス放出を達成し、最も速い反復では時速 275 ミリメートルの速度で移動できることを再度発見しました。」

「MARSプラットフォームの潜在的な用途には、移動速度に左右されないあらゆるタスクが含まれる」と科学者たちは論文で結論付けている。「例えば、戦略的な水のサンプリングと水質の監視、地下深くの鉱山の検査、水中の生物探査、魚類の個体数の調査と管理、生態学的研究などです。
△3D プリントされた部品は、要求の厳しい屋外用途に使用できるほどの強度を持つようになりました。画像はMakerBotより。
自律型3Dプリント車両

3D プリントと超耐性材料の開発により、この技術を全地形対応車の生産に応用する動きも拡大しています。全地形対応車は、多くの過酷な環境で使用できるほどの強度を持つように設計されています。昨年末、ロッキード・マーティンはMakerBot 3Dプリンティングを使用して、AI搭載の月面探査車の開発とテストを行った。 NASA の月への再帰還ミッション中に配備するために設計されたこの車両のシステムハウジングとセンサーマウントは耐久性のある ABS で作られており、紫外線、熱、湿気に耐性があると言われています。一方、中国の天津大学では、研究者らが陸上での移動に特化して開発された3Dプリントのチューブ登りロボットを考案した。このマイクロロボットは、一連の柔らかい曲げ機構とモジュール式グリッパーを備えており、奇妙な形状のインフラを登ったり、通常はアクセスが難しいパイプを修理したりすることができます。

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