3D プリントされたロボットは、90 秒以内に最初のマリオレベルをクリアできます。

出典: Qianzhan.com

メリーランド大学の研究チームは、任天堂のスーパーマリオブラザーズをプレイして勝てるほど柔軟なソフトロボットハンドを 3D プリントしました。

サイエンス・アドバンス誌の最新号の表紙を飾ったこの偉業は、電気の代わりに水や空気を動力源とする新しいタイプの柔軟な膨張式ロボットの開発に焦点を当てたソフトロボティクスの分野における有望なイノベーションを示すものである。ソフトロボットの本来の安全性と適応性により、義肢や生体医療機器などの用途での使用に関心が集まっています。残念ながら、これらのソフトロボットを曲げたり動かしたりする流体を制御することは、これまで特に困難でした。

PolyJet 3D プリンティングは、完全に統合された流体回路を含むソフトロボットシステムの設計と付加製造戦略を 1 回の印刷で統合します。写真は3Dプリントされたスッポンロボットです。画像出典: サイエンス

メリーランド大学機械工学科助教授ライアン・D・ソコル氏が率いるチームにとっての重要なブレークスルーは、流体回路を統合した完全に組み立てられたソフトロボットを 1 つのステップで 3D プリントする能力でした。

「これまで、ソフトロボットハンドの各指には通常、独自の制御ワイヤが必要であり、携帯性と実用性が制限されていました」と、ソコル大学のバイオインスパイアード先進製造プログラムの学部生研究者としてこの研究を行った共同筆頭著者のジョシュア・ハバード氏は説明した。 ( BAM ) UMD ラボ。「しかし、当社の統合流体トランジスタを使用して柔らかいロボットハンドを3Dプリントすることで、単一の圧力入力に基づいて任天堂のゲームをプレイできるようになります。」

デモンストレーションとして、チームは単一の制御圧力の強さに基づいて手を動作させることができる統合流体回路を設計しました。たとえば、低い圧力をかけると、任天堂のコントローラーを人差し指だけで押すとマリオが歩きますが、高い圧力をかけるとマリオはジャンプします。オフ、低、中、高の圧力を自動的に切り替える設定プログラムの指示に従って、ロボットはコントローラーのボタンを押して、スーパーマリオブラザーズの最初のレベルを 90 秒以内にクリアすることができます。

「最近、いくつかのグループが流体回路を使用してソフトロボットの自律性を高めようと試みています」と、最近博士号を取得した研究者は述べています。「しかし、こうした流体回路を構築し、ロボットに組み込む方法は、数日から数週間かかり、高度な手作業と技術的スキルが必要になる」と、研究論文の共同筆頭著者で大学院生のルーベン・アセベド氏は述べた。

これらの障害を克服するために、チームは「PolyJet 3D プリンティング」に目を向けました。これは、カラープリンターを使用するのと似ていますが、複数の材料の「インク」の複数の層を 3D で積み重ねるものです。

「研究者は、3Dプリンターのスタートボタンを押すだけで、1日で最小限の労力で、ソフトアクチュエーター、流体回路コンポーネント、ボディ機能などを含む完全なソフトロボットをすぐに使える状態にすることができるようになりました」と、研究の共著者であるクリステン・エドワーズ氏は述べた。

スーパーマリオブラザーズの最初のレベルをリアルタイムでクリアすることで戦略を検証するという選択は、科学と楽しみの両方から生まれたものでした。ビデオゲームのタイミングとレベル構成は決まっており、1 つのミスで即座にゲームオーバーになる可能性があるため、マリオをプレイすることは、この分野では通常扱われない独特の課題を提示するソフトロボットのパフォーマンスを評価する新しい方法を提供します。

ソコル氏のチームは、任天堂のロボットハンドで遊ぶことに加え、カメにヒントを得たソフトロボットについても論文で報告した。テラピンはUMDの公式マスコットであり、チームのソフトロボットはすべてUMDのテラピンワークス3Dプリンティングセンターで印刷されています。

チームの戦略のもう 1 つの重要な利点は、論文がオープンソースであり、誰でも論文を読むことができるオープンアクセスであること、および補足資料のリンクが GitHub を指していることです。GitHub には、チームの作業で使用したすべての電子設計ファイルが含まれています。

「私たちはすべての設計ファイルを無料で共有しているので、誰でも簡単にダウンロードし、必要に応じて変更し、自分のプリンターまたは当社のような印刷サービスを使用して、私たちの研究から生まれたすべてのソフトロボットと流体回路コンポーネントを3Dプリントできます」とソコル氏は語った。「このオープンソースの3Dプリント戦略により、流体回路を統合したソフトロボットのアクセシビリティ、普及、再現性、採用が拡大し、この分野の進歩が加速することを期待しています。」

現在、チームは、リハビリテーション機器、手術器具、カスタマイズ可能な義肢など、バイオメディカル用途への技術の応用を検討しています。ソコル氏はフィシェル生物工学部の準教授であり、メリーランド・ロボティクス・センターおよびロバート・E・フィシェル生物医学機器研究所のメンバーでもあるため、チームは差し迫った課題に対処するための戦略を継続的に推進できる独自の環境を持っています。バイオメディカル分野。

3D プリントされたロボットは、90 秒以内に最初のマリオレベルをクリアできます。

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