ロボットフィッシュがモーションブレイクスルーでスプラッシュを起こす

Jun 15, 2023

モーションデザイン INSIDER

温度変化に依存して動きを生み出す軽量で低コストのデバイスである、ねじれコイル状ポリマー（TCP）を取り付けて前進させるロボットフィッシュは、水中探索をよりアクセスしやすくする可能性がある。

TCP は加熱されると筋肉のように収縮し、エネルギーを機械的な動きに変換することで機能します。 この研究で使用されている TCP は、ジュール加熱、つまり導体に電流を流すことによって温められ、熱エネルギーが生成され、導体が加熱されます。 ロボットフィッシュの片側のTCPともう一方のスプリングの間の距離を最小限に抑えると、後部のフィンが作動し、ロボットフィッシュが新たな速度に到達できるようになります。 後部ヒレの波状の羽ばたきは、周波数 2Hz、毎秒 2 波で測定されました。 電流の周波数は尾翼の周波数と同じです。

第6回ソフトロボティクスに関するIEEE-RAS国際会議（RoboSoft 2023）で発表されたこの研究結果は、熱機械設計を通じてTCPの作動周波数を高める新たな道を提供し、水性環境でTCPを高周波数で使用できる可能性を示している。

ブリストル工学部数学部の筆頭著者である Tsam Lung You 氏は、「ツイストコイルポリマー (TCP) は、軽量、低コスト、高エネルギー密度、簡単な製造プロセスという魅力的な特性を示す、有望な新しいアクチュエータです。」と述べました。

「釣り糸などの非常に入手しやすい素材で作ることができ、加熱すると収縮して直線的に作動します。ただし、緩和段階での熱放散に時間がかかるため、速度が遅くなります。」

TCP-スプリング拮抗筋ペアの構造設計を最適化し、それらのアンカーポイントを近づけることにより、同じ量のTCP作動に対して後部フィンをより大きな角度でスイングできるようになりました。 これにはより大きな力が必要ですが、TCP は高い仕事エネルギー密度を備えた強力なアクチュエーターであるため、フィンを駆動することができます。

これまで、TCP はウェアラブル デバイスやロボットハンドなどの用途に主に使用されてきました。 この取り組みにより、水中探査や監視用の海洋ロボットなど、TCP を使用できる応用分野がさらに広がります。

Tsam Lung You 氏はさらに、「私たちのロボット魚は、実際の TCP アプリケーションで見つかった最速の作動周波数で泳ぎ、これまでの TCP アプリケーションの最高の移動速度でもありました。」と付け加えました。

研究チームは現在、規模を拡大し、ナイフフィッシュからインスピレーションを受け、水中を機敏に泳ぐことができるTCP駆動のリボンフィンロボットの開発を計画している。

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