変形自在ロボットの設計を可能にする新技術(Mighty Morphing Robots)

2025-09-30 カリフォルニア大学バークレー校(UCB)

UCバークレーを中心とする研究チームは、複雑なトラス構造を持つ「メタトラスロボット」の設計を最適化・自動化するAI駆動型フレームワークを開発した。従来、ビーム数の増加は機能向上と同時に制御の複雑化を招いていたが、本手法は遺伝的アルゴリズムを用い、最小限の制御ユニットで多様な形態変化や運動を実現可能にする。研究では四脚ロボットや形状可変ヘルメット、ロブスター型歩行機構などの試作機を製作し、複雑な形状変化を少数の制御系で実証。生物の筋肉シナジーに着想を得て、制御ネットワークを統合することで効率的な設計が可能となった。将来的には生成AIを組み込み、ユーザーに合わせた形状・機能を自動設計することも構想されている。この技術はウェアラブルやベッドシーツなど日用品への応用も期待され、ロボットの概念を拡張する可能性を示している。

変形自在ロボットの設計を可能にする新技術(Mighty Morphing Robots)
Researchers designed a morphing helmet that could change its shape to shift protection to different regions of the head. (Image by Jianzhe Gu, Morphing Matter Lab)

<関連情報>

遺伝的アルゴリズムを用いた可変形状トラスシステムのアクチュエータネットワークの最適化と制御 Optimization and control of actuator networks in variable geometry truss systems using genetic algorithms

Jianzhe Gu,Ziwen Ye,Tucker Rae-Grant,Shuhong Wang,Ding Zhao,Josiah Hester,Victoria A. Webster-Wood & Lining Yao
Nature Communications  Published:30 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-63373-7

Abstract

A robot’s morphology is pivotal to its functionality, as biological organisms demonstrate through shape adjustments – octopi squeeze through small apertures, and caterpillars use peristaltic transformations to navigate complex environments. While existing robotic systems struggle to achieve precise volumetric transformations, Variable Geometry Trusses offer rich morphing capabilities by coordinating hundreds of actuating beams. However, control complexity scales exponentially with beam count, limiting implementations to trusses with only a handful of beams or to designs where only a subset of beams are actuable. Previous work introduced the metatruss, a truss robot that simplifies control by grouping actuators into interconnected pneumatic control networks, but relies on manual network design and control sequences. Here, we introduce a multi-objective optimization framework based on a tailored genetic algorithm to automate actuator grouping, contraction ratios, and actuation timing. We develop a highly damped dynamic simulator that balances computational efficiency with physical accuracy and validate our approach with experimental prototypes. Across multiple tasks, we demonstrate that the metatruss achieves complex shape adaptations with minimal control units. Our results reveal an optimal number of control networks, beyond which additional networks yield diminishing performance gains.

0109ロボット
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