未来のロボットの覇者は、優しくも力強いタッチを持つかもしれない。ハーバード大学とMITの研究者たちは、折り紙にヒントを得た筋肉を持ち、信じられないほど重い荷物を持ち上げることができるソフトロボットを開発した。
ロボットを柔らかいものにする理由はたくさんあります。いわゆるソフトロボットは、災害後の捜索救助活動で想定される狭い空間への進入に最適です。また、従来の硬い素材で作られたロボットは、過度の力で破損しやすいため、損傷を受けにくいという利点もあります。そしておそらく最も重要なのは、人間とのインタラクションに最適であるということです。しなやかで柔らかい素材だけで作られたロボットは、手術中に誤って心臓の筋肉を刺したり、瓦礫の山からあなたを見つけようと慌てて飛び降りたりしても、あなたを切開してしまうようなことはありません。
しかし、ロボットを硬い素材で作ることには、少なくとも一つ正当な理由があります。柔らかい素材を使うと、強力な握力を持つメカノイドを作るのがはるかに難しくなります。手の骨が一本もない状態で何かを持ち上げようとするのを想像してみてください。まず、うわっ？次に、かなり苦労するでしょう。
それでも、物を掴むのに骨は必ずしも必要ではありません。高貴なタコのような無脊椎動物を考えてみましょう。この生き物の8本の脚には骨はほとんど見当たりませんが、筋肉を巧みに操ることで、骨格の支えなしに動かすことができます。骨格を持つ動物でも、骨格がない構造を持つものがあります。例えば、舌やゾウの鼻などです。そのため、エンジニアは適切な回避策が存在するはずだと認識しています。
今週、米国科学アカデミー紀要（Proceedings of the National Academy of Sciences）に掲載された研究は、潜在的な解決策を提示しています。折り紙にヒントを得た柔軟な「骨格」（ご安心ください、まだ比較的簡単に押しつぶせます）を作成することで、研究者たちは自重の1000倍を持ち上げることができるロボットを開発しました。しかも、ソフトロボットの利点を犠牲にする必要はありませんでした。2.6グラムの筋肉は3キログラムの物体を持ち上げられるだけでなく、繊細な花を潰すことなく掴むことも可能です。
内部骨格は、実のところ様々な安価な材料から作ることができます。例えば、エンジニアたちは柔らかいシリコンゴムや透明なポリエステルシートなどを折り曲げました。さらに、水溶性材料を用いたテストにも成功しており、この材料は、作業終了後にその場で溶解する医療用ロボットや環境用ロボットの開発に活用できる可能性があります。柔らかさがそれほど重要でないロボットでは、金属コイルで強度を高めたり、電子基板で骨格を作製して画面や色の変化を持たせたりすることも可能です。研究者たちは、材料によっては、3Dプリント、機械加工、鋳造、成形、さらには手作業による折り曲げなど、あらゆる製造技術が利用可能だと指摘しています。
骨格は空気または液体で満たされた袋（骨格と同様に、皮膚も様々な素材で作ることができます）に入れられ、単一の筋肉を形成します。次に、真空吸引によって外側の皮膚が収縮または膨張し、内側の骨格が「プログラミング」、つまりエンジニアが折り畳んだ方法に基づいて展開または収縮します。単純なアコーディオン折りは上下の動きを可能にしますが、他のパターンでは、筋肉が圧迫されると丸まったり、円形のグリップ機構にねじれたりする可能性があります。研究チームは、この構造を流体駆動型折り紙に着想を得た人工筋肉（FOAM）と呼んでいます。
「これらの筋肉の重要な特徴の一つは、プログラム可能であることです。つまり、骨格の折り畳み方を設計することで、全体の構造がどのように動くかが決まります。つまり、制御システムを必要とせずに、実質的にその動きを無料で得ることができるのです」と、ワイス研究所およびMIT CSAILのポスドク研究員である筆頭著者のシュグアン・リー氏は声明で述べています。このシンプルな物理的プログラミングにより、空気の流れだけに基づいて様々な動きを指示することで、ロボットの脳に必要な知能が軽減されます。
「可能性は本当に無限です」と、MITのアンドリュー・アンド・エルナ・ビタビ電気工学・コンピュータサイエンス教授であり、この論文の上級著者の一人であるダニエラ・ラス氏は声明で述べた。「しかし、私がこの筋肉を使って次に作りたいのは、本物の象と同じくらい柔軟で力強い方法で世界を操ることができる鼻を持つ象ロボットです。」
