史上最速で泳ぐソフトロボット「バタフライボット」を開発(‘Butterfly Bot’ is Fastest Swimming Soft Robot Yet)

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2022-11-18 ノースカロライナ州立大学(NCState)

研究者らは、マンタの生体力学にヒントを得て、エネルギー効率の高いソフトロボットを開発した。このロボットは、従来の泳ぐソフトロボットよりも4倍以上速く泳ぐことができる。このロボットの泳ぎ方は、人がバタフライ泳法で泳ぐときの腕の動きに似ていることから、「バタフライボット」と呼ばれている。
研究者達は、2種類のバタフライボットを開発した。1つはスピードに特化したもので、1秒間に平均3.74体積の速度を出すことができた。もう1つは、右や左に急旋回することができる機動性に優れたものである。この試作機では、1秒間に1.7体積の速度を出すことができた。
バタフライボットの場合、ヘアクリップにヒントを得た双安定な羽が、柔らかいシリコンのボディに取り付けられている。ユーザーは、ソフトボディ内のチャンバーに空気を送り込むことで、羽の2つの安定した状態の切り替えを制御する。このチャンバーが膨らんだり縮んだりすると、ボディが上下に曲がり、それにつれて翼も前後に折れ曲がる。
より高速な蝶型ロボットは、ソフトボディという1つの「駆動装置」だけで、両翼を制御している。そのため、速度は非常に速いが、左右に曲がるのが難しい。一方、操縦性の高いバタフライ型ロボットは、基本的に2つの駆動ユニットを持ち、それが横に並んでつながっている。この設計により、ユーザーは両側の翼を操作することも、片方の翼だけを「羽ばたかせる」こともでき、それによって急旋回を可能にすることができる。

<関連情報>

S高速・高効率のバタフライストロークを実現するスナッピング ソフトスイマー napping for high-speed and high-efficient butterfly stroke–like soft swimmer

Yinding Chi,Yaoye Hong,Yao Zhao,Yanbin Li,Jie Yin
Science Advances  Published:18 Nov 2022
DOI: 10.1126/sciadv.add3788

Abstract

Natural selection has tuned many flying and swimming animals to share the same narrow design space for high power efficiency, e.g., their dimensionless Strouhal numbers St that relate flapping frequency and amplitude and forward speed fall within the range of 0.2 < St < 0.4 for peak propulsive efficiency. It is rather challenging to achieve both comparably fast-speed and high-efficient soft swimmers to marine animals due to the naturally selected narrow design space and soft body compliance. Here, bioinspired by the flapping motion in swimming animals, we report leveraging snapping instabilities for soft flapping-wing swimmers with comparable high performance to biological counterparts. The lightweight, butterfly stroke–like soft swimmer (2.8 g) demonstrates a record-high speed of 3.74 body length/s (4.8 times faster than the reported fastest flapping soft swimmer), high power efficiency (0.2 < St = 0.25 < 0.4), low energy consumption cost, and high maneuverability (a high turning speed of 157°/s).

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