ロボットの雷虫が飛び立つ

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暖かい夏の夜、薄暗い裏庭を照らすホタルは、その発光をコミュニケーションに利用し、仲間を引き寄せたり、捕食者を追い払ったり、獲物をおびき寄せたりします。

これらの光る虫は、MIT の科学者にもインスピレーションを与えました。 彼らは自然からヒントを得て、飛行する昆虫規模のロボット用のエレクトロルミネセンスの柔らかい人工筋肉を構築しました。 ロボットの翼を制御する小さな人工筋肉は、飛行中に色付きの光を放射します。

このエレクトロルミネッセンスにより、ロボット同士の通信が可能になる可能性があります。 たとえば、倒壊した建物の中に捜索救助任務に送られた場合、生存者を発見するロボットはライトを使って他の人に信号を送り、助けを求めることができるだろう。

また、発光能力により、紙クリップほどの重さのこれらのマイクロスケール ロボットは、研究室の外での自力飛行にも一歩近づきます。 これらのロボットは非常に軽量であるためセンサーを搭載できないため、研究者は屋外ではうまく機能しない大型の赤外線カメラを使用してロボットを追跡する必要があります。 今回、彼らは、ロボットが発する光とわずか 3 台のスマートフォン カメラを使用して、ロボットを正確に追跡できることを示しました。

「大型ロボットについて考えてみると、Bluetooth、ワイヤレスなど、さまざまなツールを使用して通信できます。 しかし、小型で電力に制約のあるロボットの場合、私たちは新しいコミュニケーション方法を考える必要があります。 これは、適切に調整された最先端の動作追跡システムがない屋外環境でこれらのロボットを飛行させるための大きな一歩です」と、D. リード ウィードン ジュニア アシスタントのケビン チェン氏は述べています。電気工学およびコンピュータ サイエンス学科 (EECS) の教授、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所長、およびこの論文の主著者。

彼と彼の共同研究者らは、極小のエレクトロルミネセンス粒子を人工筋肉に埋め込むことでこれを達成した。 このプロセスにより、ロボットの飛行性能に影響を与えることなく、重量がわずか 2.5% 増加するだけです。

この論文には、EECS 大学院生の Suhan Kim 氏、主著者である Yi-Hsuan Hsiao 氏もこの論文に加わっています。 Yu Fan Chen SM '14、PhD '17; そして寧夏大学准教授のジエ・マオ氏。 この研究は今月、IEEE Robotics and Automation Letters に掲載されました。

ライトアップアクチュエーター

これらの研究者らは以前、ロボットの翼を羽ばたかせるソフトアクチュエータ、つまり人工筋肉を構築するための新しい製造技術を実証した。 これらの耐久性のあるアクチュエーターは、エラストマーとカーボン ナノチューブ電極の極薄層を交互に積層し、それを丸めて柔らかいシリンダーにすることによって作られています。 そのシリンダーに電圧が印加されると、電極がエラストマーを圧迫し、機械的歪みによって翼が羽ばたきます。

光るアクチュエータを製造するために、チームはエレクトロルミネッセンス硫酸亜鉛粒子をエラストマーに組み込みましたが、その過程でいくつかの課題を克服する必要がありました。

まず、研究者らは光を遮断しない電極を作成する必要がありました。 彼らは、厚さがわずか数ナノメートルで光を通過させる、透明度の高いカーボンナノチューブを使用してそれを構築した。

ただし、亜鉛粒子は、非常に強力な高周波電場の存在下でのみ発光します。 この電場は亜鉛粒子内の電子を励起し、その後、光子として知られる光の素粒子を放出します。 研究者らは、高電圧を使用してソフトアクチュエータ内に強い電場を生成し、ロボットを高周波で駆動することで粒子を明るく発光させることができる。