このロボット群は、災害救助から地雷除去、環境モニタリングといった困難な環境でも高い生存率を誇り、未来の作業現場に革新をもたらす可能性を秘めている。
これは、タフツ大学の機械工学の助教授であるマーカス・ネミッツ氏が、手のひらサイズの小さなロボットの群れが、山火事で荒廃した地域に広がり、有毒物質に汚染された地域を地図化し、生存者を探し、急速な山火事の広がりを示す地域を特定したり、ロボットが地雷の除去、地震後の捜索救助活動、農場への展開による害虫対策や土壌状態の追跡に使用されるビジョンを描き、長年取り組んできたという。
Nature Communications誌の新しい論文で説明されているように、3Dプリンターで構築された小型で回復力のあるソフトジョイントロボットの作成により、物理的な形になり始めている。
ネミッツ氏：私の博士課程の研究は、群ロボット工学に関するものでした。私は、大規模なロボットアセンブリを制御するアルゴリズムを開発し、ロボットが情報を共有し、進化する条件や集団的な努力の必要性に基づいて行動を修正できるようにしました。しかし、私や他の人々がシミュレーション用のこれらのアルゴリズムを作成している一方で、それらを実証する実際のロボットシステムがないことに気づきました。私は、おそらくその問題を解決すべきだと考えました。
数百または数千ものロボットの実際の群れを作成することは、一般的に実践するには費用がかかりすぎると考えられている。ネミッツ氏は、大学院生のセム・アイギュル氏とともに、わずか数時間で3Dプリンターでほぼ完全に製造できる堅牢なロボットを設計し、コスの障壁を克服するだけでなく、製造タイムラインを短縮したため、理論的には1日に数百台のロボットを印刷できるようになった。
ロボット群の応用は、困難で予測不可能な環境で行われることが予想されており、一部のロボットは集団的なタスクを実行する際に失われたり、犠牲になったりする可能性があるという。
ネミッツ氏：私たちは、Boston Dynamicsのロボット犬「Spot」のような、ほとんどが硬い部品でできているのではなく、柔らかい部品と硬い部品でロボットを設計しました。ヘリコプターからロボットを落としたり、車輪の下で平らにしたりしても、ロボットは持ち上げて歩き去ります。ロボットは岩の上を歩きます。砂の上を歩きます。急な坂を登ることができます。ロボットはさまざまな環境に対応できるため、実際に研究室を離れて生存率の高い群ロボット能力を開発できます。
ロボットの脚は、哺乳類や爬虫類の骨格構造に似た、半柔らかいリンクと柔らかい関節でできており、柔らかい軟骨で裏打ちされた関節で接続されており、単一の回転面を超えた動きにある程度の遊びを持たせている。さまざまな柔らかさを持つ複数の材料をリンケージに割り当てることで、ロボットは物理的な衝撃に対する回復力が高まる。
完全に硬いロボットは、その一部は非常に機敏であるにもかかわらず、不均一で予測不可能な地形に着地したときに直立を保つために、複数の手足を複数回迅速に修正する必要がある。ソフトジョイントを組み込んだロボットは、地形を歩くときに、表面の凹凸に簡単に適応して、より滑らかな動きのパターンを示す。
プリンターは複数の材料を吐き出すことができるため、半柔らかいコンポーネントと柔らかいコンポーネントの両方を同時に構築できる。電子機器は印刷の途中で手動で追加されるが、その手順も自動化できる。
ネミッツ氏：これらのロボットを入手したら、それぞれの操作が新しい条件を持つ可能性があるため、カスタマイズすることもできます。2018年にタイのタムルアン洞窟にサッカーチームが閉じ込められたことを覚えているかもしれません。狭い水路、岩の多い表面、水中環境の組み合わせにより、そこにアクセスできるロボットシステムはありませんでした。理論的には、これらの複雑な環境をナビゲートしてメッセージや物資を届けるために、斬新な複合機能を備えたロボットを迅速に印刷できます。
ネミッツ氏と彼の研究室は、地雷除去や、氷河の変動する状態や位置の追跡などの環境モニタリングのための特定のアプリケーションに並行して取り組んできた。
