VIDEO COURTESY OF AHMAD RAFSANJANI/BERTOLDI GROUP/HARVARD UNIVERSITY

ヘビ、サーペント、「Danger Noodles」。呼び方は何でもいいが、いずれにしても彼らを尊敬すべきだ。彼らは手足もないのに動き回ることができるし、噛みつくことだってできる。

ヘビが動き回れる秘密は、お腹の部分にある特殊なうろこにある。このうろこは、滑り止めのスパイクのように地をつかむ。そのおかげで、ヘビは前に進むことができるのだ。

そんなヘビの秘密のうろこが、ロボティクスの世界にやってきた。

研究者たちは「ScienceRobotics」で2月21日、うろこを使って収縮しながら移動するロボットを発表した。このロボットのうろこは自動的に飛び出し、地をつかむという。さらに面白いのは、研究者たちが丸や三角、台形など、さまざまな形のうろこをレーザーを使って切り出し、形によって移動効率が変わる事実を発見したことだ。

切り紙方式でつくられたうろこ

このシステムには、洗練されたシンプルさがある。ロボットの核となっているのは、収縮するチューブだ。収縮することで長さは変わるが、横幅はほとんど変わらない。研究者たちはこのチューブの周りに、日本の切り紙の要領で切り込みを入れたポリエステル製の皮をかぶせた。つまり、チューブに小さなパタパタをたくさんつけたのだ。

ヘビロボットの複雑な構造は、日本の切り紙から着想を得てデザインされた。PHOTOGRAPH COURTESY OF AHMAD RAFSANJANI/ BERTOLDI GROUP/ HARVARD UNIVERSITY

「このパターンでは、伸ばすといくつかが上向きになり、いくつかが下向きになってしまいます」と、ハーヴァード大学のメカニカルエンジニアであり論文の筆頭著者であるアーマッド・ラフサンジャーニーは言う。「そこで、われわれは新しいデザインに行き着きました。一方向の切り紙、つまりどのパーツも同じ方向を向くということです」

チューブに空気を入れるとロボットは前方向に伸び、飛び出してきたうろこ部分が地にアイスピックのように食い込むのだ。この摩擦によってロボットは前方向へと進むことができる。膨らんだりしぼんだりしながら、毎回数センチ進んでいく。これはソフトロボティクスという新しい分野における賢い進歩と言っていい。

ソフトロボティクスでは、アクチュエーターと呼ばれる電動モーター［日本語版記事］を使う従来のロボットとは異なり、移動に油や空気が使われることが多い。油で膨らんで物を持ち上げるロボット筋肉［日本語版記事］や、折り紙にインスピレーションを受けてつくられた骨格をもつソフトロボット［日本語版記事］などがいい例だ。

アクチュエーターがなければ、ソフトロボットにその場で収縮する以外のことをさせるのは難しい。しかし、この切り紙ロボットは、収縮によって前に進む方法を見出した。

将来は血管の中に入る可能性も

興味深いことに、このロボットの移動効率はうろこの形によって変わる。三角形のうろこよりも丸いうろこのほうが一回の収縮で遠くまで移動できるが、台形のうろこは丸いうろこよりもさらに移動効率がいい。

なぜこうなるのかは、ラフサンジャーニーにも確かなことが言えないという。しかし、台形でつくったうろこのほうが円や三角のうろこよりも表面積が大きくなることが、何か関係しているのかもしれない。

「ヘビのお腹のうろこを見てみると、台形に近い形をしています」と、ラフサンジャーニーは言う。「表面積が大きいほど、地面との接触部分は大きくなりますよね。表面がでこぼこしていれば、それだけ地面をつかめる可能性も高くなるわけです」

ここで面白いのは、研究者たちが初めからヘビを真似しようと考えていたわけではない点だ。彼らはさまざまなかたちで実験をしており、たまたまヘビのお腹のうろこの形が摩擦を生むのに最も理想的だという結論に行き着いたのである。

理論的には、研究者たちは実験を繰り返し、ヘビにはできないような動きをするシステムを生むことだって可能だ。これは、カーネギーメロン大学が開発した別のヘビ型ロボット［日本語版記事］に見ることができる。このロボットはヘビのように動くが、生物の構造上不可能な動きもすることができる。

いまのところ、この新しいシステムはロボットにとって最速の移動方法ではない。しかし、このロボットの子孫たちは、そんなにスピーディーに移動する必要がないかもしれない。その代わり、収縮しても幅が変わらない彼らは狭い場所に入り込むことができるだろう。これは、調査などの際に便利だ。

もしこのロボットが十分に小型化したら、将来は動脈にだって入れるようになる可能性もある。そう、あなたの動脈にヘビロボットが入ってくる日が来るかもしれないのだ。