長さ 0.3 メートルのロボットが 99 フィートの高さまでジャンプできます。ネイチャー誌が、将来月面に着陸できるジャンプロボットを発表

世の中に不思議なことは何もありません。 「ボリューム」という言葉が最も重要視されるこの時代に、これまでで最もジャンプ力の高いロボットが登場！

カリフォルニア大学サンタバーバラ校（UCSB）とディズニー・リサーチのロボット工学者チームが、33メートル（99フィート）の高さまでジャンプできるロボットを開発した。

高さ33メートル、それはどういう意味ですか?

うーん。 。 。 。高さはおそらく11階建てくらいです。

なんと、空飛ぶ猿でさえそれを見て首を振ったのです。

この研究はネイチャー誌の論文として発表された。

生物学的限界を破る驚異的な高さ

実際、ジャンプするロボットはすでに一般的です。自然界の動物たちの驚くべき飛躍を考えると、その能力をロボットに合わせるのは理にかなっています。

しかし今回、研究者たちはロボットをできるだけ高くジャンプさせることに重点を置いた。

彼らはそれを独創的に「Our Jumper」と名付け、ロボットの一連の操作を実演しました。例えば、自動発進、自動着陸などです。

気を取り直してもう一度発砲してください...

それがちょっとしたポイントです。

実はこのロボットの重量は同種のロボットの中では軽い方ではない。

高さ30センチ、重さ30グラムで、バネの役割を果たすカーボンファイバーの弓と、張力でエネルギーを蓄える輪ゴムでほぼ完全に作られています。

ロボットの中心部分は、モーター、いくつかのバッテリー、そしてロボットの上部と下部をつなぐ紐に取り付けられたラッチ機構で構成されています。

ロボットがジャンプの準備を始めると、モーターが回転し始めます。

出発準備完了。 。 。

そして、2分以内にロープを体に巻き付けて体を平らにします。

エネルギーは徐々に蓄えられ、ロープが完全に巻き取られると、モーターからの別の引っ張りによってロック機構が作動し、ロープが解放されて約 9 ミリ秒以内にすべてのエネルギーが解放されます。

この短い時間で、ロボットは毎秒 0 メートルから 28 メートルまで加速することができます。これが世界短距離走の王者チーターの究極のスピードです。

全体として、このロボットは 1 キログラムあたり 1,000 ジュールを超える比エネルギーを持ち、これは最高の生体模倣ジャンプ ロボットよりも桁違いに優れており、他のどのジャンプ ロボットよりも 5 倍も優れた性能を発揮します。

どうしたらそんなに高くジャンプできるんですか？

そこで疑問なのは、ジャンプできるロボットは何千とあるのに、なぜこんなに高くジャンプできるのかということです。

答えは回転モーターにあります。研究チームはこう語った。「私はとても賢いのです。」

この回転モーターは生物学とはまったく関係がなく、自然界の動物の「腱」の機能を補完し、置き換えるものです。

回転するモーターとバネのギアが連動して動くことで、比較的低い電力を比較的長時間使用することができ、モーターが回転するときに大量のエネルギーを蓄えることができます。

他の多くのロボットは回転モーターとバネを組み合わせてジャンプしますが、今回の研究者は異なるアプローチを採用しました。より大きなモーターでより大きくジャンプするのではなく、できるだけ少ないモーターを使いながら、できるだけ多くのトリックを使って、バネの潜在能力を最大限に活用しました。

研究者たちは、生物学的な走り幅跳び選手の筋肉と腱の比率をモデル化することで、腱の約30倍の質量を持つ筋肉が最高のパフォーマンスを発揮することを発見した。

しかし、エンジニアリングの走り幅跳び選手の場合、実際にはこの質量比を逆転させる必要があり、この走り幅跳びロボットのバネはモーターの質量の 1.2 倍になります。 「我々は動物モデルに固執しすぎている」とディズニー・リサーチの共著者モーガン・ポープ氏は言う。「そのため、数十メートルの高さをジャンプすべきところを、数メートルの高さでしかジャンプできていないのだ。」

「私たちのロボットが初めてジャンプするのを見るのは驚きです」と、UCSBの筆頭著者であるエリオット・ホークス氏は語ります。「最初はパチンコのようなデザインから始め、次に弓のデザイン、そして輪ゴムと弓を組み合わせたハイブリッドスプリングデザインへと進みました。ギアボックスから部品が落ちる、ヒンジが壊れる、カーボンファイバーのスプリングが爆発するなど、あらゆる種類の難しい機械的問題を解決するのに数え切れないほどの時間を費やしました。新しいイテレーションはどれも同じようにスリリングです。最新のものは30メートル以上ジャンプしましたが、実際に飛び立つのを見ると圧倒されます。こんなに小さなデバイスにこれほどのパワーが詰まっているのです！」

ロボットをより高くジャンプさせるには、より柔軟なバネを使用して、ロボットの質量を増やすことなく蓄積できるエネルギーの量を最大化する必要があるかもしれません。 「私たちは、ハイブリッド張力圧縮スプリングによってエネルギー貯蔵をかなり進めてきました」とホークス氏は語った。 「しかし、おそらくこれをさらに押し上げることのできるバネの設計もあると思います。現在は1キログラムあたり約2,000ジュールです。」

「私たちは、一つのことを非常にうまくこなす、非常に特殊なデバイスを作り上げました」とホークス氏は語った。 「時々、ジャンプが高すぎることがあります。しかし、バイオニックジャンプロボットは他の多くの点で優れており、はるかに堅牢です。」

いつか月にジャンプできるようになるだろう

この操縦性と効率性の組み合わせにより、研究者たちは宇宙に注目するようになるかもしれない。宇宙はホッピングによって人々がより遠くまで移動できるようになる探査に理想的な場所となるからだ。

例えば月面では、重力が低く大気の抵抗がないため、このようなロボットは一回のジャンプで半キロメートル移動することができるだろう。

「現在、私たちが最も興味を持っている応用分野は宇宙探査です」とホークス氏は語った。 「月は本当に理想的なジャンプ場所であり、困難な地形を進むことができるため、探検の新たな可能性が開かれます。

ロボットは、アクセスできない崖の側面に飛び移ったり、クレーターの底に飛び込んだりしてサンプルを収集し、その後車輪付きの探査車に戻ることができる。ホークス氏は、彼と彼のチームは現在NASAと協力してシス​​テムを開発しており、今後5年以内に月へ打ち上げることを目標にしていると語った。