マンタから着想を得た水中ソフトロボット、史上最速を更新。1秒間に6.8倍の体長速度、水中全体を移動可能に

Yin氏：2年前、1秒間に自分の体長の3.74倍の速度で泳ぐ水中ソフトロボットを発表しました。今回はその設計を改良しました。新しいソフトロボットはエネルギー効率が向上し、1秒間に6.8倍の体長速度に達しました。また、以前のモデルは水面でしか泳げなかったが、今回は水中全体を上下に移動できるようになりました。

Qing氏：空気をチャンバーに送り込むことでエネルギーをシステムに供給します。ヒレは元の安定した状態に戻りたがるので、空気を抜くことでヒレの中のエネルギーも解放されます。この仕組みにより、ロボットには1つのアクチュエータしか必要なくなり、迅速な動作が可能になります。

Guo氏：マンタの泳ぎを観察し、その動きを模倣することで、ロボットが水面に向かう、下に潜る、あるいは水中の同じ深さに留まる動作を制御する方法を考案しました。マンタが泳ぐとき、前進するための2つの水流を生み出す。その泳ぎ方を変えることで進む方向を調整します。この技術を使い、泳ぐロボットの垂直方向の動きを制御した。現在、横方向の動きを微調整する技術を開発中です。

Zhu氏：具体的には、シミュレーションと実験から、ロボットが生成する下向きの水流が上向きの水流よりも強力であることがわかりました。ロボットがヒレを速く打つと上昇し、アクチュエーション頻度を下げるとヒレを打つ間隔でわずかに沈みます。この特性を利用してロボットを潜水させたり、一定の深さで泳がせたりできます。

Qing氏：もう一つの重要な要因は、ロボットが圧縮空気で駆動されていることです。ヒレが休んでいるとき、チャンバー内は空で浮力が減少します。ヒレをゆっくり動かしているとき、空気チャンバーは頻繁に空の状態になります。つまり、ヒレを速く動かせばチャンバーが空になる時間が短くなり、ロボットの浮力が増加するのです。

Yin氏：これは高度に設計されたデザインだが、基本概念は非常にシンプルです。1つのアクチュエーション入力だけで複雑な垂直方向の環境をナビゲートできます。現在、横方向の動きを改善し、他のアクチュエーションモードを探求しています。この設計のエレガントなシンプルさを保ちながら、システムの性能を大幅に向上させることが目標です。