ロボット工学：適応的形態形成を通した多環境ロボットの遷移

現在、移動ロボットの普及は、生態系モニタリング、倉庫管理、極限環境探査から、個人消費者の家庭にまで広がっている。このように拡大を続ける用途の最前線では、ロボットは複数の環境を通過する必要があるが、これは、従来のロボット設計戦略では効果的に対処できなかった大きな課題である。例えば、動物の形態、推進機構、歩様を写し取る生体模倣設計は1つの手法であるが、こうした設計では、動物の性能を上回るのに利用できる人工的な材料や機構の利点が失われる。別の手法として、同一のロボット本体に環境ごとに異なる推進機構を追加するものがあるが、これはエネルギー効率の低い設計となる可能性がある。全体として、主要なロボット設計戦略は、変化しない構造や挙動を好むため、複数の環境にわたる特化ができないシステムになっている。今回我々は、陸域、水域、それらの間の移行域にわたる多環境に特化した移動を実現するために、「適応的形態形成」という設計戦略を実装した。この設計戦略では、構造システムと作動システムの一体化を通して適応的なロボットの形態と挙動が実現される。我々は、陸生のカメと水生のカメから着想を得て、従来の剛性部品と軟質材料を融合させて多環境移動のために肢の形状を根本的に拡大し、歩様を変化させるロボットを構築した。歩様、肢の形状、環境媒体の相互作用から、ロボットの輸送コストを支配する重要なパラメーターが明らかになった。今回の結果は、適応的形態形成が、構造化されていない変化する環境に遭遇する移動ロボットの効率を向上させる強力な方法であることを立証している。

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