近年、マイクロロボットが飛行中に電池を使わず、形を変えることができるようになった。この技術は、日本古来の芸術「折り紙」とハイテクロボットの技術の融合で可能となったのだ。
折り紙は、日本古来の”折る芸術”である。しかし、この芸術形式は紙以外にも役立っている。研究者や技術者は、折り紙からインスピレーションを得て、様々な技術に展開している。スマートビルディングからDNA処理まで、折り紙は多くの科学分野に応用されているのだ。
折り紙の特殊な折り方として、「ミウラ折り」と呼ばれる技術がある。ミウラ折りは、平らな面を簡単に広げたり縮めたりすることができる。日本の天文物理学者である三浦公亮(こうりょう)に因んで名づけられた。この折り目は、一連の連動する平行四辺形が特徴である。
ミウラ折りが特に興味深いのは、その効率性と実用性である。既に様々な用途で使用されており、特に宇宙船用の大型太陽電池パネルアレイの展開に使用されている。これらのパネルは、スペースを節約するため、打ち上げ時にコンパクトにする必要があり、軌道上で一度完全に拡張する必要がある。ミウラ折りはこの問題をエレガントに解決するのだ！
最近の研究で、ミウラ折りを使ってロボットを設計するという新たな計画が立てられた。
Microscopic robots unfold like origami birds pic.twitter.com/lnJPSgc5X5
— Mashable (@mashable) October 13, 2023
この技術を搭載した新しいマイクロロボットの重さは0.5グラム以下で、ハエと同程度である。これは、ドローンのような飛行装置から投下し、ある形状から別の形状に変化させることで分散させるというものである。エネルギーを運動や動作に変換するバッテリーフリーの駆動装置(アクチュエータ)を備えており、これによって機械が目的に作業を行なうことができる。アクチュエータはシステムの”筋肉”として機能し、コントロールユニットからの信号を受け取り正確な動きを実行して応答する。
さらに、太陽光発電用の回路と、空中での形の変化を制御するコントローラを備えている。約40メートルの高さから落下させると、フットボール競技場レベルの距離を移動できる。圧力センサー、タイマーなどを使用して位置をスナップすることができる。
ワシントン大学のヴィクラム・アイヤー准教授は、次のように語っている。
「葉に見られる幾何学模様から着想を得たミウラ折りと、パワーハーベスティングや小さなアクチュエータを組み合わせることで、空中で様々な種類の葉が飛ぶ様子を再現しています。折り紙の構造は、展開された平らな状態ではニレの葉のように無秩序に風に揺れ動きます。しかし、折り畳んだ状態に切り替えると、カエデの葉が落ちるのと同じように周囲の気流が変わり、安定した降下が可能になるのです。このエネルギー効率の高い方法により、以前は不可能だったマイクロフライヤー降下をバッテリー無しで制御できるようになったのです」
マイクロフライヤーは、気温や光などの大気の状態を観察することができ、農業や気候変動の研究などの分野で役立つ。マイクロフライヤーが電池を使わず風で飛べるというコンセプトは何年も前からあったが、そのような機能を持つロボットの設計は、実際には非常に難しい。
従来のモーターによる方法では重すぎ、小さな翼では太陽電池が供給できるよりも多くのエネルギーを必要とする。今回のこのマイクロフライヤーでは、折り紙構造を使って空中で形を変えられる電池不要のマイクロフライヤーを作るという新しいアプローチを導入している。
現時点では、ロボットはある状態から別の状態に変形するだけで、元に戻すことはできない。研究者たちは将来、この種のアプローチをさらに探求し、ある状態から別の状態へとどのように移行できるかを調べたいと考えている。
（にぅま 山口敏太郎タートルカンパニー ミステリーニュースステーションATLAS編集部）
