大象传媒

システム情報系　望山 洋　准教授

　作业のスピードや精密さにおいて、ロボットはもはや人间の能力をはるかに超えています。一方で、动物がふつうに行う动作が、ロボットにはとても难しかったりします。その一つがジャンプ。动物の场合は、筋肉や関节を使ってエネルギーを溜め、それを一気に放出します。特に、ネズミ、リス、カエルといった小动物は、木に登ったり走ったりしながら、いろいろな状况で自在に、しかも繰り返しジャンプすることができます。このような俊敏で制御された动きをロボットで再现しようというのが、望山さんの研究です。

　素早い动きを作り出す键は「柔らかさ」です。そこで着目したのが、「飞び移り座屈」という材料の弾性変形现象。闻きなれない言叶ですが、金属やプラスチックなどの棒や板に力をかけると急激に形状が変化する现象のことです。薄くて细长い金属片をたわませた上で，その一端にゆっくりと力をかけていったとき，ある形状からまったく别の形状へと瞬间的に変形することがあります。柔らかさがあるからこそ、このような瞬间変形が生ずるわけで、これがジャンプ力の源です。このような瞬间変形が繰り返し生ずるために、この金属片とモーターを组み合わせてカードサイズの筐体に取り付けると、重さわずか14驳のジャンプロボットの出来上がりです。モーターを动かすと、ぴょんぴょんと飞び跳ねます。足（金属片）の角度を调节すればジャンプしながら前进しますから、阶段だって平気です。その様子はカエルそっくり。こんな跳び方をするロボットは世界初です。さらに工夫を施すと、ジグザク走行や旋回、水中をスイスイ泳いだり、いろいろな「小动物っぽい」动きを作り出すことができます。ロボットらしからぬ究极のシンプルな仕组みゆえに、バリエーションも広がります。

　座屈は、机械工学では基本的な现象ですが、通常、材料がたわむというのは望ましいことではありません。たとえば、建筑物の柱が急激に歪んだり、医疗用のカテーテルが血管中で突然たわんでしまうと危険です。この分野の専门家なら避けようとする现象を、积极的に活用しようとしたところが、望山さんの発想のユニークさです。実はこのメカニズムは、2014年に打ち上げられた小惑星探査机「はやぶさ2」に搭载されている、探査ローバーの駆动系の一つとして採用されています。もちろんその开発には望山さんも参加しました。力のかけ具合と変形の様子や、座屈前后のエネルギー変化などを理论的にシミュレーションしながら构造を最适化します。できあがったロボットの姿はおもちゃのようでもありますが、その构造と动きは计算しつくされています。望山さんの専门である制御工学の腕の见せ所です。

　瞬発力を生み出す简単なメカニズムは、座屈以外にもあります。カメレオンの舌の再现には空気鉄砲を使いました。本物のカメレオンの舌は瞬时に飞び出し、离れた获物を正确に捕らえます。その仕组みは、生物学的にはまだ解明されていないものの、高速で飞ばすことだけを考えると、空気鉄砲がちょうど良い感じです。先端にマグネットをつけた纽を空気鉄砲から水平に発射し、80肠尘先で上から落下してくる的をキャッチします。この间、约四分の一秒。的を落下させるタイミングは容易に计算できますが、纽を水平に真っ直ぐ飞ばすために、先端の形状や羽をつけたり回転させたりと、弓矢なども参考にして设计します。结果的に、见かけも原理も全く异なるのに、动きはカメレオンの舌にとてもよく似た装置ができました。小动物の复雑な体の构造そのものを再现しなくても、その特徴的な动きを真似たメカニズムを构筑することは可能です。

　生物を再现することはロボット工学の根源的なテーマでもあります。素早い动物の中でも、チータのような大型なものを模したロボットは开発されてきていますが、コンパクトに作る方がずっと难しいのです。瞬発力を出そうとするほど大きな力がかかりますから、それに耐える强度を持たせるとなると、なおさら大変です。建物内の探索やレスキューに役立つような、小型で阶段の昇降が素早くできるロボット、いわばネズミのように小さくて小回りのきくロボットが当面の目标です。走る、曲がる、跳ねる、飞ぶ、小动物が见せる自由度の高い俊敏さは、望山さんの兴味を惹き続けています。

文責：広報室 サイエンスコミュニケーター

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