虫の生活は、それほど悪くないように思える。寿命がとてつもなく短いうえ、トカゲに食べられたり人間に潰されたりする危険は確かにある。でもそれさえ気にしなければ、飛べるのは素晴らしいし、天井を歩いたりもできる。こうした多様な能力をうらやましいと思ったロボット工学者たちは、虫の力をロボットに取り入れようとしている。

だが、自然の力を利用するために、ロボット工学者たちはまったく生物学的ではない手段に頼っている。昆虫にヒントを得た最新のロボットは逆さまに歩くという課題に取り組んでいるが、その際に使っているのは、接着素材や、以前のロボット技術者が使ったようなヤモリの足の裏を模した素材［日本語版記事］ではない。

使っているのは電気である。厳密に言えば「電気吸着」と呼ばれる現象だ。

VIDEO COURTESY OF WYSS INSTITUTE AT HARVARD UNIVERSITY

このロボットは、「ハーヴァード歩行型マイクロロボット（HAMR）」として知られる、既存の昆虫型ロボットの改良版だ。HAMRは4本脚のロボットで（6本脚ではないので昆虫とは言えない）、重さはわずか1.5g、全長は1.75インチ（約2.5cm）と小さい。

地上では対角にある脚を同時に動かすことで、素早く動き回ることができる。だが、逆さまにぶら下がったときは、この歩き方では進めない。そこでハーヴァード大学のウィス研究所では、ロボットに3本脚で這って進ませる（tripedal crawl）ことで、よりゆっくりと歩かせている。

電気の力で天井に張り付く

この方法では、3本の脚が表面に接触している間に、1本の脚がもち上がって前に進む。「このやり方であれば、3本の脚が地面に着いているため、常に静的に安定しています」と、ウィス研究所のロボット工学者であるニール・ドシは言う。ドシはHAMRの新たな能力を詳述している『Science Robotics』誌に掲載された論文の執筆者のひとりだ。

ここでいう「静的に安定」とは、どういうことだろうか。要するに、ロボットが磁石のように表面に張り付くと考えてほしい。ただし、ここでの力は電気だ。

それぞれの足のパッドには銅製の薄層が取り付けられており、そこに電線から電圧をかけることで正電荷が生じる。次に、ロボットを歩かせたい表面を接地させると、そこに負電荷が生じる。正電荷と負電荷が相互に作用して引力が生じるので、ロボットは表面に張り付いて逆さまにぶら下がることができる。

ロボットを歩かせるには、3本の脚に電圧を流し続けて引力を生み出し、1本の脚への電圧を遮断する。これで、1本の脚が離れて前に移動できる。そして次の脚、また次の脚と1本ずつ操作することで、ロボットは前進する。地面を走り回る場合と比べるとかなり遅いが、静安定（外乱によって本来の釣り合いからずれた場合、元に戻ろうとする力の大きさ）を得るには、ゆっくりと移動する必要がある。

「伸ばして押す」動きが鍵

だが、逆さまにぶら下がっているときは、力のかかり方が通常とは異なる。例えば、ロボットが前脚を引き上げた場合でも、下向きへの動きが生じるのだ。そこで研究者たちは、「伸ばして押す」という戦略を展開した。左前脚をもち上げて動かす場合は、右後ろ脚を押してその力を“中和”するのだ。

「この伸ばして押すという動きを行わないと、進めるのはせいぜい4歩でした」とドシは言う。何らかの混乱状態（おそらくは表面の凸凹か、ロボットの電源コードが変な方向に強く引っ張られたか）により、必然的にロボットが落下したのだろう。「この2つのパラメーターを適切に調整することで、ランダムな動揺によって落ちることなく、80歩から90歩を歩かせることができます」

そもそも、昆虫型ロボットを逆さまに歩かせる理由は何だったのだろうか。このプロジェクトにかかわっている研究者たちが思い描いていた具体的な用途は、ジェットエンジンという狭い空間の点検だった。ただし、電気を動力とする手法には限界がある。エンジンは金属の表面が地面の役割を果たすのでよい環境だが、この条件にぴったりと合う工業環境は、ひと握りしかない。

しかし、HAMRの素晴らしいところは、さまざまな環境をこなせるところだ（少なくともロボットの基準では）。またHAMRは、電気吸着パッドを追加していても、地面を走ることもできる。

世の中にはほかにも電気吸着ロボットはあるものの、HAMRは非常に小さく、しかも脚があるという点でほかとは異なっている。特定の環境で昆虫のように動作するロボットが必要なら、4本脚のほうが「戦車の無限軌道」より優れている。

課題は電源コードなしの逆さま歩行

スタンフォード大学でハチにヒントを得たロボットを開発しているマット・エストラーダ（今回の研究には携わっていない）は、「さまざまな表面を歩き回れるという能力が、HAMRプラットフォームの実用性を大きく広げています」と指摘する。

「その独特な実用性の一部は、このロボットが入り込める空間の小ささから来ていますが、これは本質的にはマイナスの要素になるものです。ロボットが小さければ、ほとんどの障害物が巨大に見えるからです。水平な表面を越えて歩き回れるということは、この問題を緩和できる大きな一歩です」

次の一歩は、電力を供給するコードなしにHAMRを逆さまにすることだ。それにはもちろんバッテリーの追加が必要だが、ドシによると足の裏のパッドは、すでに余分な重量を支えられるだけの吸着力を生み出しているという。

いつの日か、自分が乗った飛行機のエンジンは、電気吸着を備えた昆虫型検査官が這い回って検査済みという日も来るかもしれない。昆虫型ロボットが「エサ」をどうにかできさえすれば。