3Dプリントされた金属ガラスの「スーパーパワー」：火星探査機を動かし、ロボットを作ることができる

出典: cnBeta.COM
技術の進歩によりロボット産業は急速に発展しましたが、実際に私たちの日常生活に入り込んだのは、SF映画に登場するロボットとはかけ離れた、スマートな掃除ロボットなどの製品だけです。 NASAのスピンオフ企業であるアモルフォロジー社の最高技術責任者、グレン・ギャレット氏は、これにはコストと安全性という2つの主な理由があると述べた。

ほとんどの自動化機械は、依然として多額の投資を行って長期的な節約を期待できる大手メーカーにしか購入できません。ロボットが工場のフロアを占拠する一方で、安全上の理由からロボットは人間の同僚から隔離されることが多く、周囲の状況にほとんど気づかず、力は強いが不器用である。
ロボットのコストを削減する上で重要なブレークスルーは、3D プリント技術を使用して硬くて滑らかな表面に合成できる金属ガラスです。これにより、金属ガラスギアは液体潤滑剤を使用せずに長い耐用年数を実現し、寒冷環境で動作する NASA ロボットにとって魅力的なものとなっています。以前、このような環境では、動作前に潤滑剤を加熱する必要がありました。
NASA の探査車キュリオシティは、火星を横断するたびに、ギアの潤滑油を温めるのに約 3 時間かかります。将来の探査機が時間とエネルギーを節約できるように、NASA は潤滑を必要としないギア用の大きな金属ガラスに投資してきました。
「ロボット産業はここに向かっている」とギャレット氏は語った。現在、カリフォルニア州パサデナに拠点を置くアモルフォロジー社は、もともと人間との交流を想定していなかったロボット、NASA の惑星探査車のために開発された技術を活用して、協働ロボットの価格を下げたいと考えている。

NASA の探査車のギアは、地球上のほとんどのギアと同様に、強度と耐摩耗性に優れた鋼鉄で作られています。しかし、鋼鉄の歯車には液体潤滑が必要であり、油は月や火星の表面のような寒冷環境ではうまく機能しません。たとえば、NASA の火星探査車キュリオシティは、走行準備ができるたびに潤滑油を温めるのに約 3 時間かかり、科学研究に使用できる可処分エネルギーの約 4 分の 1 を消費しています。
この問題やその他の材料関連の問題に対処するために、JPL は 2010 年に、当時カリフォルニア工科大学の研究科学者で材料科学と工学のバックグラウンドを持つホフマン氏を雇用しました。 NASA は、ギアの代替品を研究し、新しい金属合金を開発するために、ジェット推進研究所の新しい冶金施設に資金を提供しました。
ホフマン氏は、カリフォルニア工科大学でジェット推進研究所を運営していた頃から、バルク金属ガラス（アモルファス金属とも呼ばれる）と呼ばれる新興の特殊工学材料に精通していた。これらは、原子が他のすべての金属に共通する格子構造を形成する前に、液体から固体状態に急速に冷却できる金属合金です。代わりに、原子はガラスのようにランダムに配置され、ガラスと金属の両方の材料特性を与えます。
ジルコニウム、チタン、銅などの元素から作られることが多いのですが、それに応じて非常に強くなり、結晶ではないため弾力性があります。ほとんどの組成物は硬くて滑らかなセラミック酸化物表面も形成するとホフマン氏は説明し、これらの特性が組み合わさることで、一部のアモルファス金属で作られたギアは潤滑なしでも長い耐用年数を実現できると指摘している。これは NASA にとって非常に重要です。なぜなら、トランスミッションを潤滑せずに作動させることができるからです。

しかし、アモルファス金属には、地球上の歯車として魅力的な別の特性がある。「金属ガラスを作るには、合金が結晶化するよりも速く冷却する必要があるため、これらの合金は融点が非常に低くなるように設計されている」とホフマン氏は語った。この低い融点と、その天然の強度、そして固化しても体積がほとんど変化しないという事実を組み合わせることで、バルク金属ガラスは射出成形に使いやすくなり、ギアなどの部品の製造コストを大幅に削減できる可能性があります。
ここで、アモルファス金属成形を使用すると、最大の節約が実現します。鋼鉄からストレインウェーブギアを機械加工する場合と比べて、コストは約半分になります、とホフマン氏は言います。小型で高性能な遊星歯車と波動歯車の成形は、ホフマン氏が2014年に共同設立したアモルフォロジー社の中核事業となった。同社はカリフォルニア工科大学を通じて、彼がNASAのために開発したいくつかの技術の特許を取得しました。

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