再プログラム可能なレゴスタイルのブロックは、生活の柔軟性をエミュレートします

モーション デザイン インサイダー

Xiaoyue Ni さんは、再プログラム可能な尾を持つロボットの魚が水槽で泳ぐのを見ています。この実証により、人体や電子機器の内部で機能する再プログラム可能な材料特性を備えた材料が開発される可能性があります。 （画像：研究者提供）

デューク大学の機械エンジニアは、機械的特性を固体のレゴのような構成ブロックにプログラミングするための概念実証方法を実証しました。このアプローチにより、何百もの個々の細胞の堅牢性を特定のパターンで制御することで、未来のロボット工学がその機械的特性や機能をその場で変更できるようになる可能性があります。

研究者らは初期テストで、さまざまな構成を備えた尾のような 3D ビームが、同じ運動活動でロボットの魚を水中をさまざまな経路に沿って移動させる方法を示しました。チームは、たとえば、血管の中を移動して健康状態を調査したり、適応性のあるステントを形成するために再構成したりできる、この技術の小型版を構想しています。

「私たちは生きている材料を作りたいのです」と、論文の筆頭著者で博士号を持つユン・バイ氏は説明する。デューク大学の機械工学および材料科学の助教授である Xiaoyue Ni の研究室の学生。 「3D プリンタは、特定の機械的特性を持つ材料を作成できますが、材料を変更するには印刷を繰り返す必要があります。私たちは、リアルタイムで硬さを変更できる人間の筋肉のようなものを作りたかったのです。」

それを実現するために、研究者らは個々のセルにガリウムと鉄のレシピを充填した。室温では、この金属複合材料は固体または液体のいずれかになります。研究者は、完全な固体から始めて、ハード ドライブに 1 と 0 を書き込んで保存するのと同じように、電流を流して熱を加えて任意のパターンの細胞を液化することができます。

2 次元では、結果として得られる材料は本質的に薄いシートであり、その形状や形状を変えることなく剛性と減衰を正確に変更するようにプログラムできます。この素材は徹底的にテストされ、プラスチックからゴムまで、市販されているさまざまな軟質素材を模倣できる非常に高い柔軟性を示しました。

しかし、このコンセプトは 3 次元ではさらに興味深いものになります。研究者らはデモンストレーションで、どんな構成でもくっつけたり剥がしたりできるレゴのような積み木を作成した。各ブロックは 27 個の個別のセルを含むルービック キューブに似ており、各セルは電気信号による局所的な熱によって液化することができます。 「これにより、さまざまな機械的特性を備えた 3D 構造を柔軟に作成できるようになります」と Bai 氏は述べています。 「そして、ブロックを 0 度で凍結すると、すべてのセルが固体状態にリセットされ、構成を何度でも再プログラムできるようになります。」

論文では、研究者らはこれらの立方体を10個くっつけて真っ直ぐな柱のようなものを作り、プログラム可能な尻尾のようなものを作り、それをロボット魚内の単純なモーターに取り付け、さまざまな構成での遊泳能力をテストした。尾部の固体細胞の配置が異なる同じロボット魚が、非常に異なる遊泳軌道を示しました。

研究者らは、このプラットフォームを基にして、さまざまな金属を使用してさまざまな凝固点と融点を作り出し、これらの材料をたとえば人体内で使用できるようにすることを構想している。彼らはまた、このセットアップを小型化して、人間の血管や繊細な電子システムなどの狭い範囲内で動作できるようにできると考えています。

「私たちの目標は、最終的には複合材料を使用してより大きなシステムを構築することです」と Ni 氏は述べています。 「私たちは、ロボットがさまざまな環境でさまざまなタスクを実行できるようにする、ロボット工学用の柔軟でプログラム可能な材料を構築したいと考えています。」

ソース