ノースウェスタン大学の技術者たちが、史上最小の遠隔操作歩行ロボットを開発した。小さくてかわいらしいイチョウガニの形をしている。

横幅わずか0.5ミリの小さなカニは、体を曲げる、ひねる、はう、歩く、回転する、さらには、ジャンプするという動きができる。研究チームはさらに、シャクトリムシ、コオロギ、カブトムシに似たミリサイズのロボットも開発した。いまのところは予備的な研究だが、この技術によって、狭い空間で実用的なタスクをこなせる超小型ロボットを現場にもたらすことができるかもしれない、と研究者たちは考えている。

コインの縁に立つ小さなカニのロボット

この研究成果は、2022年5月25日付で『Science Robotics』誌に発表された。2021年9月には、同チームが史上最小の人工飛行物体である、翼の付いたマイクロチップを発表している（こちらは『Nature』誌の表紙を飾った）。

実験研究を率いたジョン・A・ロジャース（John A. Rogers）氏は、「ロボット工学は刺激的な研究分野であり、超小型ロボットの開発は、学術的な探求として面白いテーマだ」と語る。「マイクロロボットは、産業界で小さな構造物や機械を修理したり組み立てたりする主体として、また医療の世界では、侵襲性の少ない方法で動脈血栓を取り除いたり、内出血を止めたり、がん性腫瘍を除去したりする外科助手として活躍できるかもしれない」

また理論研究を率いたヨンガン・フアン（Yonggang Huang）氏は「私たちの技術はさまざまな制御された動きを可能にし、1秒間に体長の半分という平均速度で歩行できる」と補足する。「これほど小さな陸上ロボットで実現するのは非常に困難なことだ」

ロジャース氏は生体電子工学の先駆者であり、ノースウェスタン大学マコーミック工学部、ファインバーグ医学部で材料科学工学、医用生体工学、神経外科の教授を務め、クエリー・シンプソン生体電子工学研究所（QSIB）の所長でもある。フアン氏は、マコーミック工学部のジャン・アンド・マルシア・アッヘンバッハ教授（機械工学、土木環境工学）で、QSIBの主要メンバーだ。

ノミより小さなこのカニ型ロボットは、複雑なハードウェアや油圧、電気によって動くわけではない。力の源は、体の弾力性にある。研究チームはロボットの製作に、熱を加えると「記憶していた」形状に変化する形状記憶合金材料を使用した。具体的には、ロボットの体のいくつかの場所にレーザービームを当てて急速に加熱する。加熱した部分は形状が変化し、冷却すると元の形状に戻ろうとするが、ロボットはガラスで薄くコーティングされているため、これらの変化は弾力的に起こる。

記憶していた形状に変化し、元に戻るという変形を繰り返すことで、ロボットに動きが生まれる。レーザーを遠隔操作してロボットを起動するだけでなく、レーザーの走査方向によって、ロボットの進行方向も決定できる。例えば、左から右に走査すると、ロボットは右から左に移動する。

「構造物が非常に小さいため、冷却も非常に速い」とロジャース氏は説明する。「事実、ロボットを小型化すれば、その動きは高速になる」

ロジャース氏とフアン氏は、とても小さな「生き物」をつくるため、2014年に導入した技術に目を向けた。子ども向けの飛び出す絵本から着想を得た、ポップアップ式の組み立て方法だ。

研究チームはまず、歩くカニの構造を平らな原形として製作した。次にこの原形を、少しだけ引き伸ばしたゴム製の土台に接着した。この引き伸ばされた土台が緩むと、制御されたたわみが起こり、これによりカニが正確に定義された3次元形状で「飛び出す」仕掛けだ。

この製法を使えば、ノースウェスタン大学のチームは、さまざまな形や大きさのロボットを開発できる。では、なぜイチョウガニなのだろう？ それは、ロジャース氏とフアン氏の学生たちのおかげだ。

「これらの組み立て技術や材料コンセプトがあれば、あらゆる大きさ、3次元形状の歩行ロボットをつくることができる」とロジャース氏は話す。「しかし学生たちは、横向きに歩く小さなカニの姿に面白さを感じたようだ。この選択は、創造的な気まぐれなのだ」

研究レポート：Submillimeter-scale multimaterial terrestrial robots

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