アメリカの科学者たちは氷でロボットカーを作りました。この車は自分で車輪を修理することができ、火星と南極に行く予定です。

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以前、ウェストレイク大学の邱敏教授のチームは、厚さ300ナノメートルの氷に模様を刻むことができる技術を開発した。

具体的には、三次元マイクロナノ加工技術により、科学者は従来のリソグラフィー工程におけるフォトレジストの代わりに氷を使用することができます。

この斬新な響きの「氷彫刻」技術は、我が国のチップ産業の想像力を広げました。将来的には、チップを開発するためにリソグラフィーマシンを待つ必要がなくなるかもしれません。別のレベルでは、「氷彫刻機」のデザインは、自然界に広く存在する物質である氷が技術革新を促進する可能性があることも気づかせてくれます。

偶然にも、米国ペンシルバニア大学のGRASP研究所の科学者たちは最近、氷を使って、将来火星に着陸し、南極に行き、さまざまな極限条件下で機能する移動ロボットを作ろうとしている。

以下のような感じで、ちょっと小学生の興味ある団体の作品展示みたい？

氷で火星探査車を建造することは可能でしょうか?

昨年10月に開催されたロボット工学・知能システム分野の国際フラッグシップカンファレンス「2020 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems（IROS 2020）」では、上記研究に関連した論文が発表されました。論文タイトルは「氷でできたロボット：製造技術の分析」です。

GRASP ラボの 2 人の著者、デヴィン・キャロル氏とマーク・イム氏が論文の中で、これはまだ非常に初期段階の研究であり、氷を使ってロボットを作るというアイデアの検討を始めたばかりであると強調していることは注目に値する。

明らかに、氷を使ってアクチュエーター、バッテリー、その他の電子部品を作るのは不可能に思えます。さらに、氷はチタンや炭素繊維などの構造材料ほど効率的になることは決してありません。しかし、氷には注目すべき特性もあります。一方では、氷は自然界で非常に一般的であり、他方では、氷は独特の方法で切断、彫刻、融合されます。

氷が上記のような特性を持っているという理由だけで、氷でロボットを作り、惑星や南極の探査に送り込むことは正当化されるのだろうか、と疑問に思わずにはいられません。

自己修復または自己複製機能を備えたモジュール式ロボット システムは、地球外または北極の探査のための強力で低コストのソリューションとなっていますが、現在の惑星探査ロボットの一部には欠点があり、IEEE (電気電子技術者協会) の主要出版物である IEEE Spectrum の記事で次のように書かれています。

NASA の科学者が惑星探査ロボットにどれだけの画期的な進歩をもたらしたとしても、惑星探査ロボットは最終的には故障や墜落という 1 つの問題を避けられないかもしれない。

火星上で火星探査車の車輪に問題が発生した場合、探査ミッションがスムーズに進むとは考えにくい。

IEEE Spectrum の見解では、より重要な問題は、ロボットの正常な動作を確保するために、極限環境でリソースをどのように見つけるかということです。以前、この問題に直面したとき、科学者とエンジニアは、太陽エネルギーやその他のエネルギーを使用して検出器の動作をサポートするという解決策を提案しました。結局のところ、太陽エネルギーは比較的一般的です。

2020年7月23日正午、長征5号堯4号ロケットが我が国初の火星探査機「天問1号」を搭載して打ち上げられた。現在、「天問1号」の飛行距離は4億キロを超えており、火星探査車は今年5月に正式に着陸する予定である。

雷峰網は以前、6つの科学機器を搭載した中国初の火星探査車には4つの太陽電池パネルも搭載されていると報じた。中国科学技術局によると、この技術はわが国の最も先進的な実用的な太陽電池アレイであり、わが国の新世代有人宇宙船、北斗3号航法衛星、玉兎月探査車にも搭載されている。つまり、太陽光発電技術は深宇宙探査の分野でトレンドとなっているのです。

部品が壊れていて、太陽エネルギーが役に立たない場合、どうすればいいのかと疑問に思う人もいるかもしれません。

デヴィン・キャロルとマーク・イムもこの問題について考え、氷でロボットを作れるだけでなく、ロボットがどこからでも氷を手に入れ、重要な瞬間にそれを使って自分の部品を作ることができるというアイデアを思いつきました。

二人の科学者はどのようにしてアイデアを実現したのでしょうか?

ちょっと不思議ですね。二人の科学者はどうやってそれをやったのでしょうか？

彼らは「自己再構築、自己複製、自己修復」を実証できるロボットコンセプトの開発を望んでいると理解されている。彼らの考えでは、ロボットは主に極限環境で動作する。環境は十分に寒く、氷は安定している。ロボットの動作によって発生する熱は、溶解やショートさえ引き起こさず、不便を引き起こすことはない。

2人の科学者は、氷を使ってロボットの構造部品を作るさまざまな方法を研究し、「付加的」製造プロセスと「減算的」製造プロセスの両方をカバーした。 IEEE Spectrumによると、科学者たちは、成形、3Dプリント、CNC加工などの方法と比較して、最もエネルギー効率が高く効果的な方法は氷を切ることであると考えている（氷のブロックを溶かして形を変える必要がある場合でも）。

デビン・キャロルもYouTubeで公式を公開した：ロボット＝モーター＋ベース＋氷の塊でできたさまざまなパーツ

この一見単純で粗雑な方法によって誕生したのが、重さ6.3キログラムと言われる南極探検ロボット「アイスボット」のコンセプトバージョンだ。

これを見て、「それだけか」と心の中でつぶやく人も多いかもしれません。心配しないで、このロボットの実際の効果を見てみましょう。

カートは坂道を安定して登り、倒れることなく前方のゴミを押しのけることができます。

注目すべきは、この小型車はあくまでも試作品であり、将来科学調査を行う際に同じスタイルで塗装されることは絶対にないということだ。現段階で、研究者らは基本的に IceBot の 2 つの機能のみを証明しました。1 つは移動可能であること、もう 1 つは室温ですぐに割れないことです。もちろん、IceBot が自己再構成、自己複製、自己修復の能力を獲得するまでには、2 人の科学者がやるべきことがまだたくさんあります。

次に何ができるでしょうか?

この研究は実現不可能だと思う人もいるかもしれないが、ペンシルバニア大学のGRASP研究所の研究としては、期待する価値がある。

ペンシルバニア大学がロボット工学研究に深く関わっていることは疑いの余地がありません。

1961年、ペンシルバニア大学工学部学部長のビジェイ・クマールは、ゼネラルモーターズ社を説得して、鋼塊を取り扱う最初のロボットを導入し、産業用ロボットの誕生につながりました。

1980 年代、ロボット工学の分野における大きな進歩は、ロボットが「脚」や車輪を使って動く能力だった。これはペンシルバニア大学の GRASP 研究所で生まれた成果である。

1979 年、コンピュータ サイエンスとエンジニアリングの分野で傑出した女性であり、ペンシルバニア大学のコンピュータ サイエンスとエンジニアリングの元教授兼学部長である Ruzena Bajcsy 氏が、GRASP 研究所 (正式名称は General Robotics, Automation, Sensing and Perception Laboratory) を設立しました。

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[ルゼナ・バジチ（中央の女性）と研究室のメンバー、1984年]

この研究所は、ペンシルバニア大学工学応用科学学部の学際的な学術研究センターであり、視覚、知覚、制御システム、自動化、機械学習などの分野における基礎研究に重点を置いた一流のロボット工学インキュベーターです。

この論文の2人の著者も注目に値します。1人はデビン・キャロル博士、もう1人はマーク・イムです。

研究所の公式ウェブサイトによると、研究所長はマーク・イム氏。同氏の研究はモジュラーロボットから始まった。自己再構成型ロボットや自己組み立て型ロボットのほか、飛行ロボットや関連するミッション仕様も研究している。

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IEEE Spectrum は最近、上記の研究について Devin Carroll 博士と簡単に話をしました。デビン・キャロル博士は、生態学者の森林調査を支援するために路面電車ロボットを設計したが、課題はコストだけではないことがわかったと述べた。自然の要素により、そのようなロボットは時間の経過とともに破壊されるため、2人の科学者は既存の材料でロボットを製作しようと試み、最終的に氷を選択した。

将来的には、ロボットアーム/エンドエフェクタの設計に関して検討しているアイデアの 1 つは、抵抗ワイヤメッシュを使用して氷ブロックの表面を局所的に溶かし、目的の形状に加工するときに氷ブロックとロボットアームの間に一時的な接続を作成することです。

短期的な研究の焦点は、アクチュエータと氷をより容易かつ安全に接続するためのモジュラージョイントを設計し、氷ブロックの形状が変化しないようにネジ穴などの接続方法を使用することです。

この小型車が将来どのような進歩を遂げるのか、楽しみに待ちましょう。