フィンランドのタンペレ大学と中国の安徽建珠大学の研究者は、ソフトロボット工学で大きな進歩を遂げました。彼らの研究では、粘液などの粘性液体中で自律的に移動できる、最初のトロイダル光駆動マイクロロボットが導入されました。この革新は、複雑な環境をナビゲートできるマイクロロボットの開発における大きな前進を示し、医療や環境モニタリングなどの分野での応用が期待されています。

「ゼロ弾性エネルギーモードを使用した光操縦可能な運動」と題された彼らの論文は、最近発表されました。出版されたで自然素材。

光学顕微鏡をのぞくと、生命があふれる隠された宇宙が明らかになります。自然は、微生物が粘稠な環境を移動するための独創的な方法を考案してきました。たとえば、大腸菌はコルク抜き運動を利用し、繊毛は調和のとれた波で動き、鞭毛は鞭のような鼓動に頼って前進します。しかし、マイクロスケールで泳ぐことは、圧倒的な粘性力により、人間が蜂蜜の中を泳ごうとすることに似ています。

自然からインスピレーションを得て、最先端のマイクロロボット技術を専門とする科学者たちは現在、解決策を模索しています。タンペレ大学の先駆的研究の中心となるのは、液晶エラストマーとして知られる合成材料です。このエラストマーはレーザーなどの刺激に反応します。加熱すると、静力と動的力の相互作用によって引き起こされる特殊なゼロ弾性エネルギー モード (ZEEM) により、自動的に回転します。

タンペレ大学の博士研究員であり、この研究の筆頭著者でもあるジシュアン・デン氏によると、この発見は単に世界の重要な進歩を意味するだけではなく、ソフトロボティクス同時に、複雑な環境をナビゲートできるマイクロロボットの開発への道も開かれます。

「この研究の意義はロボット工学を超えて広がり、医学や環境モニタリングなどの分野に影響を与える可能性があります。たとえば、この技術革新は、生理学的粘液を介した薬物輸送や、装置の小型化後の血管の閉塞の解除に使用できる可能性があります。」と彼は言います。

ドーナツ形状により水泳ロボットの制御が簡単に

何十年もの間、科学者たちは、1977 年に物理学者のエドワード パーセルによって導入された概念であるマイクロスケールでの水泳という独特の課題に魅了されてきました。彼は、ナビゲーションを改善する可能性があるドーナツ型のトロイダル トポロジーを最初に想像しました。粘性力が支配的で慣性力が無視できる環境における微生物の観察。これは、ストークス領域または低レイノルズ数制限として知られています。有望に思えましたが、そのようなトロイダルスイマーは実証されていませんでした。

現在、トロイダル設計の画期的な進歩により、水泳ロボットの制御が簡素化され、複雑なアーキテクチャの必要性がなくなりました。これらのロボットは、単一の光線を使用して非往復運動をトリガーすることにより、ZEEM を活用してその動作を自律的に決定します。

「私たちのイノベーションにより、ストークス領域での三次元の自由水泳が可能になり、マイクロ流体環境などの限られた空間を探索する新たな可能性が開かれます。さらに、これらのトロイダルロボットは、環境に適応するために回転モードと自走モードを切り替えることができます。」と鄧小平は付け加える。

デン氏は、将来の研究では複数のトーラスの相互作用と集団ダイナミクスが調査され、これらのインテリジェントなマイクロロボット間の新しいコミュニケーション方法につながる可能性があると考えています。

光駆動ソフトロボティクスの開発の集大成

この最新の研究は、2 つの主要な研究プロジェクトの成果の集大成です。

最初のプロジェクトは、ストームボットは、特に液晶エラストマーに焦点を当てたソフトロボット工学の分野で新世代の研究者を育成することを目的としています。このプロジェクトの一環として、Deng 氏の博士論文研究は、空気と水の両方で効率的に移動できる光駆動のソフト ロボットの開発に重点が置かれています。彼の研究は、タンペレ大学の Arri Priimagi 教授と Hao Zeng 教授によって共同監督されています。

2つ目のプロジェクトは、オンライン、非平衡ソフト アクチュエータ システムを調査します。このプロジェクトは、自律的な動きを実現し、移動、インタラクション、コミュニケーションなどの新しいロボット機能を可能にすることを目指しています。