水上ドローンは、汚染のマッピング、水生生態系の研究、サンゴ礁や湖岸などの敏感な地域の水質の監視において重要な役割を果たすという。しかし、多くのデバイスは騒音の出るプロペラに依存しており、野生生物を妨害したり、害を与えたりする可能性があります。これらの環境には、植物、動物、ゴミなど、自然の乱雑さがあり、水上ドローンにとって課題となる。
現在、EPFL工学部のソフトトランスデューサー研究室と非定常流診断研究室、およびマックスプランク知能システム研究所の研究者らは、狭い場所でも移動でき、自分よりもはるかに重い荷物を運ぶことができるコンパクトで多用途な水上ドローンを開発した。
クレジットカードよりも小さく、重さは6グラムのこの機敏な水上ドローンは、水田のような限られたスペースの環境や、水上機械の検査に最適だ。この研究はScience Roboticsに掲載された。
EPFLソフトトランスデューサーラボの責任者ハーバート・シア氏は、次のようにコメントする。
2020年に私たちのチームは昆虫サイズの自律型這い回るロボットを実証しましたが、水中環境で使えるケーブルのない超薄型ロボットを作るのはまったく新しい課題です。私たちはゼロから始め、より強力なソフトアクチュエーター、新しい波状移動戦略、コンパクトな高電圧電子機器を開発しなければなりませんでした。
自律運転のための小型電子機器
従来のプロペラベースのシステムとは異なり、EPFL水上ドローンは、海洋扁形動物からヒントを得た、静かに波打つひれを推進力として利用している。この設計と軽量化により、水上ドローンは水面に浮かび、自然環境にシームレスに溶け込むことができる。
元EPFL研究者で、現在はドイツのシュトゥットガルトにあるマックス・プランク知能システム研究所の研究グループリーダーであるフロリアン・ハートマン氏は次のようにコメントする。
フロリアン・ハートマン氏：私たちの設計は単に自然を模倣するだけではなく、自然生物が達成できる範囲を超えています
水上ドローンは、海生扁形動物の最大 10 倍の速さでヒレを振動させることにより、1秒あたり12センチメートル（体長の2.6 倍）という驚異的な速度に達する。また、水上ドローンは4つの人工筋肉を使用してヒレを動かすことで、前例のない操縦性も実現している。前進と旋回に加えて、制御された後進と横向きの泳ぎも可能だ。
水上ドローンを動かすために、研究者らは、500ミリワットの低電力でロボットのアクチュエータに最大500ボルトを供給するコンパクトな電子制御システムを開発した。これは、電動歯ブラシの4分の1の低電力だ。
高電圧を使用しているにもかかわらず、ロボットの低電流とシールドされた回路により、ロボットは周囲の環境に対して完全に安全である。光センサーは単純な目として機能し、水上ドローンが光源を自律的に検出して追跡できるようにする。
研究者たちは、この水上ドローンが生態学研究、汚染追跡、精密農業などの分野に貢献することを想定している。次のステップは、フィールドテスト用のより堅牢なプラットフォームを作成することだ。
ハートマン氏：私たちは動作時間を延ばし、自律性を高めることを目指しています。このプロジェクトから得られる基本的な洞察は、生物に着想を得たロボット工学の科学を進歩させるだけでなく、自然と調和する実用的で生き物のようなロボットシステムの基礎を築くことになるでしょう。
