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マンタの泳ぎにヒントを得た高速遊泳ソフトロボット(Gemini Advanced 1.5 Pro with Deep Research)

2024/12/15に公開

マンタの泳ぎにヒントを得た高速遊泳ソフトロボットが記録を更新

科学者たちは、マンタの優雅な動きにヒントを得た画期的なソフトロボットを開発しました。この革新的な創造物は、水中環境で前例のない速度を達成し、自身の記録を更新し、水中におけるソフトロボティクスの新しい基準を打ち立てました。特筆すべきは、このロボットに関する情報がarXivなどのプレプリントサーバーでも見つかったことで、これは科学技術の進歩における多様な情報源の探索の重要性を浮き彫りにしています。

新世代の水中ロボット

エンジニアたちは、以前の研究を基に、機能が強化された次世代ソフトロボットを発表しました。この最新版は、エネルギー効率が向上し、3次元での航行が可能になりました。これは、表面遊泳のみに制限されていた前モデルからの大きな進歩です。

特徴 前モデル 新モデル
速度 毎秒3.74体長 毎秒6.8体長
エネルギー効率 基準値 消費エネルギー1.6倍減
機動性 表面遊泳のみ 三次元移動可能

新しいロボットは毎秒6.8体長という驚くべき速度を示しています。これは毎秒156.4mm、つまり約0.35メートル/秒の遊泳速度に相当します。比較すると、前モデルは毎秒3.74体長でした。この印象的な速度向上は、エネルギー消費の大幅な削減を伴っており、新しいロボットは元のモデルと比べて1.6倍少ないエネルギーで動作します。

設計と機構:自然の効率性を模倣

ロボットの設計は、マンタの形態と動きを忠実に模倣しています。生物学的なインスピレーション源と同様の形状を持つ柔軟なヒレは、完全に伸びた状態でも安定性を維持する材料で作られています。これらのヒレは、空気室を内蔵した長さ68mmのソフトシリコン製の本体に接続されています。この空気室の膨張と収縮を精密に制御することで、ロボットはマンタ特有の波打つヒレの動きを再現し、驚くべき俊敏さで水中を推進します。

この設計における重要な革新は、「単安定スナッピング機構」の導入です。前モデルでは、ヒレの下向きと上向きの両ストロークに圧縮空気が必要でした。この新しい機構は、プロセスを簡略化します:空気圧は下向きのフラップにのみ使用され、ヒレは上向きストロークで自然に元の位置に戻ります。これにより、ロボットは単一の作動入力で羽ばたき動作を実現でき、より単純な制御と効率の向上につながっています。

三次元機動性

前モデルが表面遊泳に限定されていたのに対し、新しいロボットは水柱全体を移動できます。この向上した機動性は、遊泳速度を変えることで浮力を調整できる能力に由来します。ロボットが静止しているとき、空気室は空で浮力は最小です。ロボットがヒレを羽ばたかせ始めると、空気室が膨張・収縮し、上向きの揚力を生み出します。羽ばたきの頻度を調整することで、ロボットは深度を微調整できます。羽ばたきが遅いと、空気室が空の状態で過ごす時間が長くなり、浮力が減少して沈降します。逆に、羽ばたきが速いと空気室の平均的な膨張が増加し、浮力が増して上昇します。

潜在的な応用と今後の方向性

このソフトロボティクスにおける breakthrough は、様々な分野に広範な影響を及ぼす可能性があります。ロボットの速度、機動性、エネルギー効率は、水中探査、環境モニタリング、さらには水中インフラの点検にも適しています。また、柔軟な本体と柔軟な設計により、複雑でデリケートな環境でのナビゲーションにおいて、自身や周囲への損傷リスクを最小限に抑えることができます。例えば、港湾の構造的損傷を評価する際に、搭載カメラやセンサーを使用して映像信号を捉え、分析することができます。

エンジニアたちは、センサーや自律航行機能の統合など、ロボットの設計のさらなる改良を構想しています。これらの進歩により、将来さらに高度な応用が可能になるでしょう。

結論

この高速マンタ型ソフトロボットの開発は、生物模倣ロボティクスの分野における重要な一歩を示しています。マンタの効率的な移動方法を成功裏に模倣することで、エンジニアたちは優れた水中能力を持つロボットを作り出しました。その卓越した速度、エネルギー効率、三次元機動性を特徴とするこのイノベーションは、水中探査から環境モニタリングまで、幅広い応用に大きな可能性を秘めています。その継続的な開発は、将来さらに興味深い進歩をもたらし、水中探査とモニタリングに革命をもたらす可能性があります。

URL: https://newatlas.com/robotics/robotic-manta-ray-swims-faster/

参考文献

1. Manta ray-inspired soft robot sets new speed record - Space Daily, 2024年12月14日アクセス, https://www.spacedaily.com/reports/Manta_ray_inspired_soft_robot_sets_new_speed_record_999.html
2. The World's Fastest Swimming Robot | NC State News, 2024年12月14日アクセス, https://news.ncsu.edu/2024/12/the-worlds-fastest-swimming-robot/
3. Manta Rays Inspire the Fastest Swimming Soft Robot Yet | NC State News, 2024年12月14日アクセス, https://news.ncsu.edu/2024/12/manta-swimming-soft-robot/
4. This Manta ray robot is the world's fastest soft-bodied swimmer ..., 2024年12月14日アクセス, https://www.popsci.com/technology/manta-robot-swimming/
5. Manta ray-inspired fast and maneuverable soft swimming robots - YouTube, 2024年12月14日アクセス, https://www.youtube.com/watch?v=pXB9Ip7qa0o
6. YOLOX-DG robotic detection systems for large-scale underwater concrete structures - PMC, 2024年12月14日アクセス, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10943120/
7. Robotic manta ray uses a simpler, more efficient design to swim ..., 2024年12月14日アクセス, https://newatlas.com/robotics/robotic-manta-ray-swims-faster/

付録.1 Gemini Advanced 1.5 Pro with Deep Research に依頼したプロンプト

Please find an article about "High-speed swimming soft robot inspired by manta ray swimming" and provide its URL.
  • 上記のプロンプト回答を、Claude 3.5 Sonnet に依頼して日本語にしています

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