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イリノイ大の学生チーム、「折り紙」と「ミミズ」にインスパイアされたロボットを開発

イリノイ大機械工学科学生らによる研究チームは、レーザーカットした折り紙と3Dプリントしたわずかな部品だけを使った単純な構造ながら、前進や右左折が可能なロボットを開発した。研究チームは、折り紙によって構成された動作機構と生物に見られる運動器官にインスパイアされた構造を組み合わせることで、小型で安価、かつ拡張性の高いロボットを開発することに成功した。研究成果は、『Smart Materials and Structures』誌に招待論文として掲載されている。

研究チームが作ったのは、「POLY」と「PERI」と名付けられた2体のロボットだ。51mm幅の小型ロボットPOLYは、伸縮する折り紙製の筒2本を内部の動作機構とし、前部と後部の接地面はそれぞれ方向性を持たせることで、伸縮運動を前進への移動へ限定して後退しないようにしている。より大型で106mm幅のPERIは、軽量ながらバッテリーを搭載し、オンボードのコントローラーにより自走できる。

POLYもPERIも、紙をレーザーカッターで切断し、バネのように伸縮する「Origami Tower」を内部の動作機構としている。研究チームは「クレスリングパターン 」と呼ばれる、円筒を捩じったときに生じるデザインを研究、クレスリング折りによって筒の回転を伸縮に変換して、小さな回転を縦方向の大きな変位に換えるOrigami Towerを作成した。これを同じく折り紙で作った蛇腹で外から支え、Origami Towerが接続される前脚部と後脚部には折り紙が伸びすぎて破断しないようなトルクリミッターが設けられている。前後を支えるフェイスプレートは3Dプリンターによって作成されている。

photo 弓なりに変形する胴体部が前後脚部の接地面を切り替える

胴体部が伸張すると前脚部はプラスティック面が接地し後脚部はゴム面が接地してボディ全体は前方にスライドし、胴体部が収縮するときは逆に前脚がゴム部で固定され、後脚はプラスティックでスライドし、固定された前部に引き寄せられる仕組みだ。この前進と逆走防止の仕組みは、ミミズの移動メカニズムを参考 にしたものだ。

研究チームは、「1枚の紙から、機能的で幾何学的な3D機械システムを生産する能力は、リモートシステムやロボット工学の分野における低コストロボットの作成に応用できる可能性がある」と、その研究がもたらすメリットを説明している。

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