回復力のあるバグ

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マルハナバチは不器用に飛ぶ動物です。 採餌中のミツバチは 1 秒に 1 回程度花にぶつかると推定されており、時間の経過とともに羽が損傷します。 しかし、羽に小さな裂け目や穴がたくさんあるにもかかわらず、マルハナバチはまだ飛ぶことができます。

一方、空中ロボットはそれほど回復力がありません。 ロボットの翼モーターに穴を開けたり、プロペラの一部を切り落としたりすれば、座礁する可能性がかなり高くなります。

マサチューセッツ工科大学の研究者らは、マルハナバチの丈夫さにヒントを得て、昆虫ほどの大きさの飛行ロボットが翼に動力を供給するアクチュエーター、つまり人工筋肉に深刻な損傷を受けても、効果的に飛行できる修復技術を開発した。

彼らはこれらの人工筋肉を最適化し、ロボットが欠陥をより適切に特定し、アクチュエーターの小さな穴などの軽微な損傷を克服できるようにしました。 さらに、デバイスを焦がす火災などの深刻な損傷からロボットを回復するのに役立つ新しいレーザー修復方法を実証しました。

彼らの技術を使えば、損傷したロボットは、人工筋肉の1つが10本の針で刺された後も飛行レベルの性能を維持することができ、アクチュエータは焼き付けられて大きな穴が開いた後も動作することができた。 彼らの修復方法により、研究者らが翼端の20パーセントを切断した後でもロボットは飛行し続けることができた。

これにより、小さなロボットの群れが、倒壊した建物や鬱蒼とした森の中を捜索するなど、厳しい環境での作業をより適切に実行できるようになる可能性がある。

「私たちは柔らかい人工筋肉のダイナミクスを理解するのに多くの時間を費やしました。そして、新しい製造方法と新しい理解の両方を通じて、昆虫に匹敵するレベルの損傷に対する回復力を示すことができました」と博士のケビン・チェンは言います。リード・ウィードン・ジュニア、電気工学およびコンピュータサイエンス学科（EECS）の助教授、エレクトロニクス研究所（RLE）のソフトおよびマイクロロボティクス研究室の責任者、およびこれらの最新の論文の主任著者進歩します。 「私たちはこれにとても興奮しています。 しかし、羽の最大 40 パーセントを失っても飛行できるという点で、昆虫は依然として私たちよりも優れています。 私たちにはまだ追いつくための作業が残っています。」

チェン氏は、EECS大学院生である共同主著者のスハン・キム氏とイーシュアン・シャオ氏とともにこの論文を執筆した。 Younghoon Lee、ポスドク。 Weikun "Spencer" Zhu、化学工学部の大学院生。 Zhijian Ren、EECS 大学院生。 そして、MIT EECS の EE Landsman キャリア開発助教授であり、RLE のメンバーでもある Farnaz Niroui 氏です。 この記事は今日の Science Robotics に掲載されます。

ロボットの修理技術

チェン氏の研究室で開発されている小型の長方形ロボットは、マイクロカセットテープとほぼ同じサイズと形状だが、1台のロボットの重さはペーパークリップをわずかに超える程度だ。 各角の翼は、機械的な力を使用して翼を素早く羽ばたかせる柔らかい人工筋肉である誘電エラストマー アクチュエータ (DEA) によって動力を供給されます。 これらの人工筋肉は、2 つの非常に薄い電極の間に挟まれたエラストマーの層から作られ、その後、柔らかいチューブの形に丸められます。 DEA に電圧が印加されると、電極がエラストマーを圧迫し、翼が羽ばたきます。

しかし、微細な欠陥があると、エラストマーを燃焼させる火花が発生し、デバイスが故障する可能性があります。 約 15 年前、研究者らは、自己消去として知られる物理現象を利用して、1 つの小さな欠陥による DEA の失敗を防ぐことができることを発見しました。 このプロセスでは、DEA に高電圧を印加すると、小さな欠陥の周囲の局所電極が切断され、その欠陥が電極の残りの部分から切り離されるため、人工筋肉は引き続き機能します。