研究者たち、昆虫に着想を得たロボットグリッパーを開発
多くのソフトロボットグリッパーは、魚のひれの曲がり方に着想を得ています。三角形の部品が物体の周りを曲がって、それを掴みます。これらの部品には90度の角度で配置された横方向のビームがあり、グリッパーが物体を包み込むのを助けます。
従来のグリッパーは物体を持ち上げるのに大きな力を必要とし、壊れやすい物体を潰さずに扱えないこともあります。オーデンセにあるデンマーク南部大学のポラマンテ・マヌンポン氏を中心とする、5つの異なる大学の研究者たちは、昆虫が歩いたり物体を掴んだりする方法に着想を得て、新しいロボットグリッパーの製造方法を開発しています。
オーデンセの国際研究チームは、90度の横方向のビームの代わりに、昆虫の吸着パッドのように、10度または30度の角度でビームを配置しました。ビームの傾斜角度を変えることで、研究者たちは、グリッパーが物体をより大きく曲げて持ち上げられ、20%少ない力で済むことを発見しました。
「多くの動物は、柔軟なパッドや足を使って表面にしがみついたり、くっついたりできることが知られています。昆虫のパッドの角度は異なっていることが分かりました。以前の研究でも把持角度の変化は調べられていましたが、フレーム内の横方向ビームの角度の違いが与える影響を詳細に調べた研究はありませんでした」
物体を掴むのに必要な力が小さければ、食品などのより繊細な物体を、潰さずに扱うことができます。研究者たちが90度または120度のビームを持つグリッパーをテストしたところ、物体を持ち上げるのにはるかに多くの力が必要でした。
新しいグリッパーは、ロボットの歩行も改善しました。石のような凸凹した表面や、歩けるパイプのような円形の表面に直面しても、ロボットは複雑な制御なしに状況に対応できました。グリッパーはフリッパーに似ており、ロボットが歩く表面にやすやすと沿うことができます。
マヌンポン氏のチームは昆虫の吸着パッドに着想を得ましたが、ロボット工学の進歩のために自然に目を向けている研究者は、彼らだけではありません。
2020年12月、ジョージア工科大学工学部の研究者たちは、マメの蔓（つる）に着想を得たロボットグリッパーを開発しました。これらのソフトグリッパーは、空気圧制御が一つだけで済むため、操作が簡単です。また、ロボットの弾力のある茎に光ファイバーセンサーを備えており、持ち上げている物体や外部からの妨害を検知できます。
「さまざまな設計を試しましたが、結果に満足できず、数年前に庭で育てていた豆のことを思い出しました。この植物は、他の植物やロープにとても強くしがみつくことができます。そこで、つる植物について少し研究してみたところ、自然が生み出した優れた設計であり、私たちが学べるものだと思いました」
2020年11月、UNSWシドニー（ニューサウスウェールズ大学）の研究者たちは、象の鼻に着想を得たグリッパーを作りました。この柔らかい布製のグリッパーは、重く壊れやすい物体を扱うために設計されました。
研究者たちは、この汎用性の高い技術が、農業、食品産業、科学、資源探査など、壊れやすい物体を扱う分野で広く応用できると主張しています。さらに、人命救助活動や個人向けの補助器具にも応用できる可能性があるとしています。
タン・ニョ・ド博士は次のように語りました。「私たちの新しい柔らかい布製グリッパーは、薄くて平らで軽く、狭い空間の中からでも、例えばチューブ内のペンなど、さまざまな物体を掴んで取り出すことができます。また、リアルタイムで高度な力センサーを備えており、従来の設計よりも15倍敏感で、扱う物体を損傷しないために必要な把持力を判断します。さらに、熱で作動する機構があり、グリッパー本体を柔軟な状態と硬い状態に切り替えられるため、形や重さの異なる物体を、グリッパー自体の質量の最大220倍まで掴んで保持できます」。
オーデンスのチームは、ソフトグリッパーだけを使って自分たちのグリッパーモデルをテストしました。次の課題は、より過酷な条件に対応できるよう、十分な強度を持たせることです。
「さまざまな機械的解決策に対応するロボットの足とグリッパーの設計は、さまざまな表面で適切な接触と把持を形成するために開発されました。フィンレイ構造は、その解決策の一つです。フィンレイ効果はすでに提案され利用されていますが、そのフレーム内の横方向ビームの角度の違いが与える影響について詳細な研究は行われていません」と研究論文には記されています。
科学者たちによると、接触面積の大きさ、高いエネルギー効率、優れた耐久性などの要素を考慮すると、10度の傾斜を持つ非標準のビームを備えたフィンレイモデルは、特定の幾何学的パラメータの制約内で、他のモデルと比べて最良のバランスを提供します。
