MIT、微弱な磁石で制御可能なソフトボディロボットを開発

ゴムのような磁気の渦巻きで形成されたこのロボットは、歩いたり、這ったり、泳いだりするようにプログラムすることができるという。

磁性ロボットに関するオープンアクセス論文をチームは、2023年6月3日に発表し、ジャーナル「アドバンスト・マテリアルズ」に掲載された。

MITの材料科学・工学および脳・認知科学の教授兼McGovern Institute for Brain Researchのアソシエイト研究者兼MITのエレクトロニクス研究所のアソシエイト・ディレクター兼MITのK. Lisa Yang Brain-Body Centerのディレクターでもある、ポリーナ・アニキーワ教授は次のようにコメントしている。

この新しいロボットは、限られたスペースで貨物を運搬するのに適しており、ゴム製のボディは壊れやすい環境にも優しいため、この技術が生物医学用途に開発される可能性がある。アニキーワと彼女のチームは、ロボットの長さを数ミリメートルにしているが、同じアプローチでもっと小さなロボットを作ることも可能だという。

磁気ロボットのエンジニアリング

これまでの磁気ロボットは、磁場の動きに反応して動いていた。アニキーワ氏はこのようなモデルでの場合について、次のようにコメントしている。

アニキーワ氏の研究室の元大学院生であるヨンビン・リー博士は、この問題の解決策を考案した。彼がアニキーワの研究室で開発したロボットは、一様に磁化されているわけではない。その代わりに、異なるゾーンと方向に戦略的に磁化されている。そのため、1つの磁場で磁力の移動駆動プロファイルが可能になるという。

しかし、磁化する前に、ロボットの柔軟で軽量なボディを製作しなければならない。リー氏はこの工程を、それぞれ硬さの異なる2種類のゴムから始める。これらを挟み、加熱して細長い繊維状に伸ばす。この2種類のゴムは性質が異なるため、一方のゴムは伸縮しても弾力性を保つが、もう一方のゴムは変形して元のサイズに戻らなくなる。そのため、ひずみが解放されると、繊維の一方の層が収縮し、もう一方の層が引っ張られ、全体がきつく巻かれる。アニキーワ氏によれば、このらせん状の繊維はキュウリの蔓をモデルにしている。

第3の材料（粒子が磁性を帯びる可能性があるもの）は、ゴム状の繊維を貫く流路に組み込まれている。そのため、一旦スパイラルが作られると、特定の動きを可能にする磁化パターンを導入することができる。

例えば、イモムシのように這うロボットを作るには、らせん状の繊維を緩やかな起伏に成形し、胴体、頭部、尾部を磁化して、ロボットの運動面に垂直に磁場をかけると胴体が圧縮されるようにする。磁場がゼロになると圧縮が解除され、這うロボットは伸びる。これらの動きにより、ロボットは前進する。また、2本の足のようならせん状の繊維が関節でつながっている別のロボットは、より歩行に近い動きを可能にするパターンで磁化されている。

生物医学的可能性

この精密な磁化プロセスにより、各ロボットのプログラムが生成され、一度ロボットが作られれば、簡単に制御できるようになる。弱い磁場が各ロボットのプログラムを作動させ、そのロボット特有の動きを駆動する。プログラムされていれば、磁場ひとつで複数のロボットを逆方向に動かすこともできる。研究チームは、磁場をほんの少し操作するだけで、有益な効果が得られることを発見した。磁場を反転させるスイッチを押すだけで、荷物を運ぶロボットが静かに揺れ、荷物を放出するのだという。

アニキーワ氏によれば、このようなソフトボディのロボットは、生産規模を簡単に拡大できるため、細いパイプを通して物質を運搬したり、人体の中に入れることも想像できるという。例えば、狭い血管を通して薬剤を運び、必要な場所に正確に薬剤を放出することができる。磁気作動デバイスは、ロボット以外にも生物医学的な可能性を秘めているとして、アニキーワ氏は人工筋肉や組織再生をサポートする材料に組み込まれる日が来るかもしれないとした。

▶︎マサチューセッツ工科大学