幾何学的設計で強化されたロボティック繊維(A geometric twist boosts the power of robotic textiles)

2026-01-20 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)

スイスのスイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究チームは、ロボット用柔軟触手(ソフトロボティクス)に幾何学的な「ねじれ」を加えることで、把持力と運動性能を大幅に高められることを示した。従来の直線的な構造に対し、材料や内部構造に制御されたツイストを組み込むことで、外部アクチュエーション時の力伝達が最適化され、より強く、かつ精密な動作が可能になる。これにより、触手型ロボットは壊れやすい物体の操作や狭所作業において性能向上が期待される。研究は、形状設計(幾何学)と力学の統合が、複雑な制御を増やさずに機能を拡張できることを示し、医療用ロボットや探索ロボットなど幅広い応用への道を開く成果とされる。

幾何学的設計で強化されたロボティック繊維(A geometric twist boosts the power of robotic textiles)
Different fabric architectures and their fiber crossing directions. 2026 LMTS EPFL CC BY SA

<関連情報>

繊維の交差を揃えた力学情報に基づいたファブリックアクチュエータ Mechanics-informed fabric actuators with aligned fiber crossings

Huapeng Zhang and Herbert Shea
Science Advances  Published:16 Jan 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aeb6760

Abstract

Engineering unobtrusive mechanical assistance into daily-life clothing requires energy-dense yet compliant actuators with thin profiles. We report textile actuators by interlacing shape memory alloy (SMA) fibers in a periodic X-Crossing geometry, where fiber crossings align in the actuation contraction axis. An X-Crossing actuator design of 4.5 grams can be passively stretched to 160% and contracts by 50% when heated, lifting 1 kg, outperforming knitted and knotted SMAs. We developed a variable-stiffness mechanics model to predict material-level stress-strain behavior across temperatures and thus the force-contraction relation of device level. This model informs actuator design and control, geometric scaling, peak points in the force-contraction relation, and the theoretical upper bound of contraction strain. The maximum measured contraction strain of our actuators is 55%, a large step toward the upper bound that we calculate for general SMA fabric actuators. We demonstrate applications of the developed actuators and model in lifting weight and on-body compression.

0103機械力学・制御
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