ダルムシュタット工科大学ら、電子部品なしで動作する柔軟な磁気翼を開発

オオカバマダラの羽の効率性と適応性からインスピレーションを得たもので、電子機器やバッテリーを使わずに正確な動きを可能にする。この生物からインスピレーションを得た開発は、環境モニタリング、救助活動、生物医学的応用を変革する可能性があるという。

オオカバマダラは、その優れた耐久力と適応力で知られている。彼らは毎年カナダとメキシコの間を数千キロメートル移動して移動する。

このパフォーマンスの鍵は、昆虫が能動的な動きと受動的な屈曲の組み合わせによってエネルギー効率の高い方法で飛行できるようにするユニークな羽にあるという。これらの特性は、磁気駆動のロボット翼の開発のインスピレーションとなった。

オリバー・グートフライシュ教授（ダルムシュタット工科大学材料科学研究所）が率いるチームとデニス・マカロフ博士（ドレスデン・ロッセンドルフ・ヘルムホルツセンター）は、磁性粒子が埋め込まれた柔軟なプラスチックから翼を作った。外部磁場によりこれらの粒子が移動し、翼が曲がり、蝶の飛行の動きを模倣する。

開発プロセスは困難を極めたという。当初は3Dプリンティングを使用して12種類の異なる翼デザインが作成された。一部のデザインには、オオカバマダラの自然な羽の静脈をモデルにした静脈構造が組み込まれていた。目標は、有限要素解析と実験を組み合わせて、これらのパターンが翼の可動性と効率にどのような影響を与えるかを調べることだ。

その結果は、雑誌「Advanced Intelligent Systems」を掲載された。これらは、静脈構造を持つ大きな翼は特に適応性があり、鈍感であり、より簡単に曲げることができることを示している。

この研究の筆頭著者の1人であるキリアン・シェーファー氏は、次のように解説する。

幅広い用途が可能

磁気翼の潜在的な用途は多岐にわたる。環境分野では、「翼のある」ロボットは、花粉媒介者の個体数の監視や大気質の研究などに使用される可能性がある。

翼により小型でエネルギー効率の高い設計が可能となるため、このようなロボットは、たとえば災害地域に侵入して人々の捜索や救助に使用するのに最適だ。

研究の焦点は、電子部品なしで動作する柔軟な磁気翼を開発するだ。ただし、この新しいアプローチは他の形状変化ロボットにも応用できるという。

たとえば、新しく開発された技術は医療の可能性を広げる。動きを正確に制御できる軽量ロボットは、敏感な組織の手術などの低侵襲手術に使用できる可能性がある。

さらに、生物からインスピレーションを得たロボット工学の原理は、必要に応じて形状を変えることができる人工筋肉やスマート材料の開発にも応用できる可能性がある。

新しい技術を使用するには、さらなる研究が必要だという。研究の筆頭著者でもあるムハマド・ビラル・カーン氏は、次のようにコメントする。

研究チームは、磁場の変更によってどのように移動と飛行経路の複雑な制御が可能になるかを探求したいとしている。

▶︎ダルムシュタット工科大学