サウサンプトン大ら、イカに着想得た水中ロボットを開発 共振で推進

何が起きたか

サウサンプトン大学とエディンバラ大学の科学者らは、自然界で最も効率的な遊泳者であるオーリエリア・アウリタ（ミズクラゲ）と同じ様式で水中を推進できる柔軟な水中ロボットを開発した。研究成果はScience Roboticsに掲載され、このロボットは着想の元となったイカやクラゲと同等の速さと効率で泳ぐことができると実証された。

詳細

このロボットはサウサンプトン大学で開発され、水中推進に共振の利点を実証した最初の潜水機であるとされる。共振とは、スイングの子供を押すように、理想的な周波数で力を加えたときに生じる大きな振動を指す。これにより、ロボットはごくわずかな電力で大きな水流を発生させ、前方に推進することができる。 機構は、8本の3Dプリントされた柔軟なリブを囲むゴム膜で構成され、これらが一体となって「推進ベル」を形成する。ロボットの上半分にある小型ピストンがこのベルを繰り返し叩き、ベルが拡張して跳ね返ることで、クラゲの遊泳技術を模倣し、流体の噴流を発生させて水中を推進する。ピストンがコンポーネントの固有共振である正しい周波数で作動すると、ロボットは毎秒1体長の速度で移動し、オーリエリア・アウリタの効率に匹敵する。 最新のテストでは、この新しいロボットは、プロペラで動く典型的な小型水中ビークルよりも10〜50倍効率的であることが示された。この効率の向上と、ロボットの柔らかく柔軟な外装の利点により、サンゴ礁や遺跡、あるいは遊泳者が多い水域など、敏感な環境の近くでの運用に理想的であるとされる。 共著者でサウサンプトン大学の造船学の修士課程学生であるThierry Bujard氏は、このロボットを数か月で設計・製作した。同氏は「ジェット推進で水中ロボットを推進するこれまでの試みは、剛性チューブに水を通すものでしたが、私たちはそれをさらに進め、弾性と共振を取り入れて生物学を模倣したいと考えました。結果には本当に驚きました。設計が機能することは確信していましたが、ロボットの効率は私の予想をはるかに上回っていました」と述べている。 プロジェクトを監督したサウサンプトン大学工学部の准教授であるGabriel Weymouth博士は、「共振を使う素晴らしい点は、ごく少量の電力で推進ベルの大きな振動を達成できることです。形を変えて押すだけで、残りは弾性と慣性に任せればよいのです。これにより、ジェットで泳ぐ海の生き物が使う推進の効率を解き放つことができました」と付け加えた。

Key Facts

なぜ重要か

この研究は、共振を利用した推進が水中ロボットの効率を大幅に向上させ得ることを示しており、軽量で柔らかい外装を持つロボットによる水中探査の新たな可能性を開くものと期待される。また、柔軟で生物に着想を得たロボットの研究が水中ロボティクスにも応用できることを実証している。