M4（Multi-Modal Mobility Morphobotの略）と名付けられたこの新しいロボットは、体を再構成して8つの異なるタイプの動きを実現する。4つの車輪で転がったり、車輪をローターに変えて飛んだり、ミーアキャットのように2つの車輪で立って障害物をのぞき込んだり、車輪を足のように使って「歩いたり」、2つのローターを使って急な坂道を2つの車輪で転がったり、転んだりすることができる。
このロボットが開発されたカリフォルニア工科大学自律システム技術センター（CAST）のディレクターであり、航空学および生物インスピレーション工学のハンス・W・リープマン教授であるモリー・ガリブ氏（博士号’83）は、、このような幅広い能力を持つロボットは、負傷者の病院搬送から他の惑星の探査まで、幅広い応用が可能であると述べている。
M4は、ガリブとノースイースタン大学の電気・コンピューター工学助教授アリレザ・ラメザニ氏の発案によるものだ。M4の技術面をサポートするチームは、カリフォルニア工科大学（Caltech）の航空宇宙分野のポスドク研究員であるエリック・シハイト氏、CASTの設計エンジニアであるレザ・ネモビ氏、CaltechがNASAのために管理しているJPLのアラシュ・カランタリ氏で構成されている。この新しいロボットを発表した論文は、2023年6月27日にNature Communicationsに掲載された。
Nature Communications論文の筆頭著者であるラメザニ氏は、次のようにコメントしている。
ラメザニ氏：私たちの目標は、幅広い明確な運動モードを持つ並外れた移動能力を示すシステムを設計することで、ロボット運動の限界を押し広げることでした。M4プロジェクトは、この目的を見事に達成しました。
このロボットの柔軟な動きは、人工知能と相まって、目の前の地形に応じて最も効果的な運動形態を選択できる。M4が不慣れな環境を探索する様子を思い浮かべた場合、最もエネルギー効率の良い4輪で転がりながら進むかもしれない。岩のような障害物に到達すると、2つの車輪で立ち上がり、岩の上から前方の地面を見通すことができる。そして、渓谷や車輪付きロボットでは通過できないような地形があれば、車輪をローターに組み替え、渓谷を越えて反対側に飛び、また転がり続けることができる。
Nature Communications論文の共著者であるガリブ氏は、次のようにコメントしている。
ガリブ氏：未知の環境に遭遇した場合、人工知能によってマルチモーダルなコンポーネントを再利用する能力を持つロボットだけが成功できるのです。
M4の主な特徴のひとつは、車輪、脚、スラスターなどの付属物を再利用できることだ。M4が2つの車輪で立ち上がる必要があるときは、4つの車輪のうち2つが折り畳まれ、プロペラが上向きに回転する。M4が飛ぶ必要があるときは、4つすべての車輪が折り畳まれ、プロペラによってロボットが地面から浮き上がる。
車輪アセンブリのジョイントにより、M4は歩行運動を行うことができる。M4の現在のイテレーションでは、歩行動作はほとんど概念実証である。しかし、今後の進化により、車輪付きロボットでは苦労するような壊れた地形でも、M4は効果的に歩行できるようになるかもしれない。
M4のデザインは自然から多大な影響を受けているという。ガリブ氏と彼の同僚たちは、例えば、ウズラの一種であるチャウカーバードが急勾配を駆け上がる際に翼の羽ばたきでテコの原理を利用していることや、アシカが海や陸上でさまざまな種類の運動をする際に足ひれを利用していることにヒントを得た。動物界におけるこのような付属器官の再利用の例は、生物学者によって以前から報告されていたが、工学の領域では、そのコンセプトが今まさに模索されているところだという。
M4は自律走行能力を備えており、複雑な環境をどのようにナビゲートするのが最適かを自分で判断できる。このロボットは屋外でもテストされ、Caltechのキャンパス内の地形をナビゲートした。
Nature Communications誌の論文のタイトルは “Multi-Modal Mobility Morphobot (M4), A Platform to Inspect Appendage Repurposing for Locomotion Plasticity Enhancement “である。この研究はJPLと全米科学財団から資金提供を受けている。
