ソフトロボティクス制御への進出

ソフト ロボット アームは、物体を操作し、環境と対話するための革新的なアプローチを提供します。 硬いロボットアームとは異なり、ソフトロボットアームはエラストマーや繊維などの柔軟な素材で作られており、通常は空気圧または油圧システムによって駆動されます。 このユニークなデザインにより、動物は曲げたり、変形したり、環境に適応したりすることができ、幅広い動きと器用さを実現します。

ソフト ロボット本来の柔軟性と順応性により、複雑で限られた空間を簡単に移動できます。 たとえば、狭い隙間に手を入れたり、傷を付けずに繊細な物体を扱ったり、雑然とした環境を通り抜けたりすることさえできます。 そのため、捜索救助任務、危険な環境での探索、精度と適応性が重要な医療処置などの用途で特に価値があります。

しかし、私たちがソフトロボットアームで重視しているのは、これらと同じ特性であり、その特性がロボットアームの制御を困難にしています。 関係する材料の柔軟性と変形性に対処できる効果的な制御メカニズムを開発する最良の方法は、現在も活発に研究されている分野です。 現在のソリューションのほとんどはカメラベースのソリューションに依存しており、十分に機能しますが、実験室環境の外でさまざまな現実世界のシナリオで使用することはできません。

サンタンナ高等研究大学院とシンガポール国立大学の研究者で構成されたチームは、まったく異なる角度からこの問題に取り組みました。 植物は地球上の事実上すべての生息地をカバーしており、多くの植物はソフトロボットのように柔らかく柔軟であることを認識し、彼らは植物の動きに基づいた制御システムを考案しました。 彼らは、同様の動作原理を採用することで、理想的な実験室条件下だけでなく、ほぼあらゆる条件下でも制御できるソフト ロボットを設計できると信じていました。

一般に信じられていることに反して、植物は日光や栄養素を求めるなど、特定の目的を達成するために動きます。 しかし、人間や動物が移動するために利用する筋肉系とは異なり、植物の動きは成長によって支配されます。 これは、たとえば、茎の片側の細胞を反対側よりも早く成長させるホルモンを放出することによって実現できます。 研究者らは、この成長制御プロセスが分散型コンピューティング メカニズムのようなものを操作していると説明しました。

コントローラーは、9-DoF モジュラー ケーブル駆動連続アームに実装されました。 放射状に配置された 3 つのアクチュエーターにより、アームを 6 つの主な方向に曲げることができます。 ターゲットに対するアームの位置に関する情報を提供するために、近接センサーがエンドエフェクターの近くに埋め込まれています。 分散型コンピューティング エージェントで構成される行動ベースの人工知能ツールを活用して、植物の制御された成長メカニズムをシミュレートしました。

学習アルゴリズムは、周回運動と屈光性という 2 種類の植物の動きをシミュレートするようにトレーニングされました。 旋回は多くの種類の植物に見られる螺旋運動ですが、光屈性はより多くの太陽光を集めるために植物を特定の方向に動かします。

これら 2 種類の動きは、ロボットが周囲の情報を収集する探索フェーズで最初に使用されます。 これに、特定の目標を達成するためにアームが事前に定義されたターゲットに向かって移動する第 2 の到達フェーズが続きます。

これはコントローラーとしてはやや単純なアーキテクチャのように思えるかもしれませんが、効果的であることが証明されています。 そして重要なことは、これが現実世界の環境で成功を収めた最初のソフトロボティクスの制御システムであるということです。 研究者らは、彼らの手法は同様の作動システムを備えたあらゆるソフトロボットアームに適用できるため、この斬新なアイデアは将来あらゆる種類のソフトロボットに動力を供給する可能性があると指摘している。

現在、チームはモーション コントローラーの機能を拡張することに取り組んでいます。 彼らは、リーチに加えて、ターゲット追跡や腕全体の巻き上げなどの追加機能も可能にしたいと考えています。