空気圧アクチュエータがロボットをチーターの速度に向けて推進します

Apr 03, 2024

スローモーショングリ/iStock

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四足ロボットは、その多用途性と機敏性により、近年ますます人気が高まっています。 電気モーターを動力源とするこれらの四足歩行ロボットは、正確な制御と機敏な動作を実現しており、近年、消費者向けのロボット犬が多数市場に投入されています。

ただし、電気モーターにはまったく匹敵しないものが 1 つあります。それは、生体筋肉の瞬発力です。

そこで油圧アクチュエーターが登場し、ボストン・ダイナミック社のアトラスのようなロボットがバク転などの印象的な技を披露できるようになります。 しかし最近、南アフリカのケープタウン大学のアフリカロボット工学ユニットは、ロボットのより伝統的な移動方法である空気圧に目を向けました。

チーターの電光石火の動きに触発されて、研究者たちは油圧の代替として空気圧の可能性を模索してきました。 液体の代わりに気体を作動流体として使用する空気圧は、シンプルでコスト効率の高い形式で高い力対重量比を提供します。

空気圧は、油圧には欠けているコンプライアンスも内蔵しています。 空気圧の制御は簡単ではありませんが、研究者らはロボットをチーターのように動かすのに複雑な制御は必要ない可能性があることを発見しました。

チーターは地球上で最も速い陸上動物であり、短時間で時速 70 マイル (時速 113 キロメートル) の速度で走ることで有名です。 この短時間の加速中に、チーターは約 460 メートル (1,509 フィート) の距離を移動でき、最高速度に達するまでにわずか 3 秒かかります。

ケープタウン大学のアミール・パテル准教授は、「迅速な操縦性には精細な力制御は必要ないのではないかと我々は主張している」と説明する。

油圧はより複雑で高価で、爆発すると厄介なものですが、空気圧は見過ごされているものの強力な代替手段を提供します。 チーターなど、手足の爆発的な動きを必要とする動物は、空気圧の可能性を活用するためのインスピレーションとなる可能性があります。

パテル氏と彼のチームは、空気圧が提供できる急速な加速と操縦性を研究するために、ケンバと呼ばれる四足歩行ロボットを構築しました。

Kemba のアクションを以下でご覧ください。

体重 7 キログラムのケンバは、ブームのサポートにより、制御された着地で繰り返し 0.5 メートルの高さまでジャンプすることができ、最大ジャンプ高さは 1 メートルに達します。

ただし、この研究はジャンプの高さや最高速度だけに焦点を当てているわけではありません。 パテル氏は、静止状態からの急速な加速や高速歩行での停止など、移動の過渡的な段階に集中していることを強調しています。 見落とされがちなこの動作段階は、脚式ロボットの全機能を理解するために非常に重要です。

ケンバは現在繋がれており、背骨や尾を追加するなど将来のアップグレードの計画もありますが、空気圧によるアプローチの可能性は有望です。

パテル氏は、Kemba が生物学者が動物の動きの生体力学を研究するために使用できるプラットフォームになることを構想しています。 脚式ロボットのコストを下げることは、空気圧アプローチのさらなる利点であり、最終的には脚式ロボットをより多くの人々が利用できるようになる可能性があります。

脚式ロボットが本物のチーターの能力に匹敵するまでにはまだ長い道のりがありますが、空気圧と電気モーターの革新的な組み合わせは、急速な加速と操縦性の新たな可能性をもたらします。