北京航空航天大学ら、小型深海ドローンを開発。マリアナ海溝の先駆的探査に着手

「マルチモーダル移動機能を備えた小型深海変形ロボット」と題されたこの研究は、国際誌 「Science Robotics」に3月20日発表され、深海探査の変革の可能性を明らかにした。

深海の巨大な圧力下では、柔軟なアクチュエータ材料の弾性率が上昇し、筋肉と同様の「硬化」効果をもたらす。この効果により駆動振幅と速度が低下し、ドローンの動作性能が低下する。「水深1万メートルの圧力は、小さな氷山が小さなドローンを圧迫しているようなものです」と、チームの主任研究者であるウェン・リー教授は説明する。

この課題に対処するため、チームは、キラルメタマテリアルとチューブシール形状記憶合金 (SMA) を使用して設計されたセンチメートル規模のソフトアクチュエーターを備えた、新しい深海変形ドローンを開発した。

この革新的な設計は、静水圧によって誘発される増加した弾性率を利用して、より高いスナップ速度を実現し、極度の深海条件でのアクチュエーターの性能を向上させる。アクチュエーターは、さまざまな深さで歪みのない周期的な動作を実行できるため、過酷な水中環境での信頼性の高い動作が保証される。

このドローンの特徴は、泳ぐ、滑空する、変形する、這うといった多様な移動能力を備えていることだ。有人深海潜水艇から投入され、海馬冷水湧出帯（1,384m）、隴西海山（3,756m）、マリアナ海溝（10,666m）という、深さの異なる3つの異なる場所でその能力を実証。任務完了後、ドローンは完全に無傷で回収され、その堅牢性と耐久性を実証した。

研究チームは、同じメタマテリアル設計戦略に基づいて、ウェアラブルソフトグリッパーも開発した。このグリッパーは、2つの対称的なキラルユニットと1組の把持指で構成されており、柔らかい標本の収集から重量物の操作（深さ約3,400メートル）まで、安全で効率的な深海作業を可能にする。

この研究は、将来の探査における小型深海ドローンの可能性を強調するだけでなく、次世代の小型深海アクチュエーターとドローンの開発に関する貴重な洞察も提供する。このドローンの導入が成功すれば、将来の探査と深海生態系との関わりへの道が開かれるという。

Pan Fei氏、Liu Jiaqi氏、Zuo Zonghao氏、He Xia氏が本論文の共同筆頭著者であり、Wen Li教授とDing Xilun教授が責任著者を務めている。北京航空航天大学は、本論文の第一および責任所属機関だ。本研究は、国立科学財団の支援プロジェクトおよび中国の国家重点研究開発計画によって支援された。

▶︎北京航空航天大学