優れた柔軟性と適応性を備えたソフトインフレータブルロボットは、多くの用途で未来の光となりつつあります。 ただし、これらのロボットにセンシングおよび制御システムをシームレスに統合することは、ロボットの柔らかさ、形状、性能を損なうことなく行う必要があるため、難しい課題でした。
Jiyun Kim教授（UNIST新材料工学科）とJonbum Bae教授（UNIST機械工学科）が率いる研究チームは、「ソフトバルブ」として知られる革新的なソリューションの開発に成功し、この分野で大きな進歩を遂げました。 」テクノロジーにより、センサーと制御バルブの完全な統合が可能になります。 ロボットの柔らかさを保ちながら。
従来、ソフトロボットの本体は、センシング機能を実現するために硬い電子コンポーネントと共存する必要がありました。 この課題により、ロボットの柔らかさを妨げることなくセンサーと制御バルブを一体化する統合ソリューションである「ソフトバルブ」技術が生まれました。 この技術では、動作に電気を必要としないコンポーネントであるソフトアナログセンサーと制御バルブが使用されています。
これらの管状コンポーネントには 2 つの機能があります。外部刺激を検出すると同時に、空気圧を使用してロボットの動きを正確に制御します。
この画期的な進歩は、ソフト ロボットがセンシングと制御のために硬い電子コンポーネントに依存する必要がなくなることを意味します。 従来のソフトロボットは柔軟なボディを備えていますが、多くの場合、刺激の検出と駆動制御のためにハード電子コンポーネントが必要です。 しかし、ソフトバルブ技術の出現により、これらのロボットの自律性と適応性が向上しました。
この研究は幅広い応用の可能性ももたらします。 研究チームは、従来の硬いロボットが物体を掴む際に破損につながる可能性のある過剰な力がかかる可能性を回避し、ポテトチップスなどの壊れやすい物体を巧みに掴むことができる万能ペンチを開発した。
さらに、研究チームは、反復的な作業や腕の激しい活動を必要とする作業を行う際の筋肉への負担を軽減するように設計されたウェアラブル肘補助ロボットの開発に成功しました。 これらの肘サポートは個人の腕の曲げ角度に自動的に調整され、ストレスを平均 63% 軽減し、ロボットの装着をより快適にします。
ソフトバルブ技術の中心原理は、管状構造内の空気の流れを利用して動作することです。 チューブの一端に張力がかかると、雌ねじがチューブを圧縮し、ガスの流入と流出を制御します。 このアコーディオンのような独特の動きにより、電気を使わずに正確かつ柔軟なロボットの動きを実現します。
研究チームはまた、チューブの構造や糸の数をプログラムすることで、空気の流れの変化を正確に制御できることも発見した。 このプログラム可能性により、外部の力に柔軟に対応しながら、ロボットをさまざまな状況や要件に合わせて調整することができます。
Bae教授は、「これらの新しく開発されたコンポーネントは、電子機器を必要とせずに、使用する材料で簡単にプログラムすることができます。この画期的な進歩は、さまざまなウェアラブルシステムの進歩を大きく促進するでしょう。」と述べました。
この画期的なソフトバルブ技術は、完全にソフトで電子機器を使用しないロボットの自律動作の実現に向けた大きな一歩となり、複数の業界にわたって安全性と適応性を高める上で重要なマイルストーンとなります。 Nature Communications誌に掲載されたこの研究結果は、ソフトロボット工学の将来に新たな可能性をもたらします。 この技術は、医療や製造など多くの分野で重要な役割を果たし、私たちの生活や仕事にさらなる利便性と革新をもたらすことが期待されています。