2011 年、考古学者は古代エジプトのボートの一部が、危険なほど不安定な紅海の人工洞窟に隠されているかどうかを調べる必要がありました。ペンシルバニア州ピッツバーグにあるカーネギー メロン大学 (CMU) のロボット工学者 Howie Choset 氏は、完璧な解決策があると考えました。彼はヘビのロボットを作っていたので、カメラを装着して、洞窟の狭い開口部をすり抜けるように送りました。しかし、ロボットが中に入ると、「これまで見たことのない課題に直面しました」と Choset 氏は振り返ります。ロボットは洞窟の砂の斜面を上ることができず、探索は失敗に終わりました。
今、Choset はその山に登る方法を見つけました。生きたヘビがどのように動くかを研究している研究者とチームを組むことで、彼と彼の同僚は、滑りやすい砂地の斜面でも、ヘビ ロボットを上り坂にするには何が必要かを突き止めました。これらの爬虫類は、現実のものでもロボットでもあり、サイドワインダーです。彼らは、ずるずる動くのではなく、移動方向に対して垂直に、うねる S 字型の波のように体をくねらせて前進します。
その動きは独特で、おそらく「[サイドワインダー] を長時間見ていると気が狂ってしまう」と、アトランタにあるジョージア工科大学の物理学者 Daniel Goldman は言います。そしてその動きにより、ヘビは坂を上ることができます。しかし、斜面をつかみ続けるために、ヘビは動きを修正して体を地面に近づけるようにしていると、彼、Choset、および彼らの同僚は今日 Science でオンラインで報告しています。 .
これらの洞察は、火星探査車などの車輪付きのロボットよりも起伏の多い地形でうまく機能するロボットにつながる可能性があります。 「現在、急勾配の壊れやすい地面を登ることができる機械はありません。この研究は、それができる機械を構築する新しい方法を示唆しています」砂漠探検用の脚付きロボット。 「ここでのロボティクスの機会と利点は重要です。」
ゴールドマンは、動物がどのように砂やその他の崩れやすい粒状物質の中を移動するかを研究することを専門としています。ヘビに興味を持った彼は、現在 CMU のポスドク学生である Hamidreza Marvi と一緒にアトランタ動物園に行き、傾斜した床が砂で覆われた囲いの中をよじ登る 6 匹のサイドワインダー ガラガラヘビの動きを撮影して分析しました。彼らは各テストで床の角度を変え、また、数匹のマムシ (サイドワインダーではないヘビ) が斜面を上ろうとするのを観察しました。
バイパーは滑って斜面を上ることができなかったが、サイドワインダーには問題がなかったと研究者は報告している。移動すると、サイドワインダーは体に水平方向の波を送ります。同時に上下にうねる。その結果、地面にある体の部分が押し出され、空中のループが上り坂に到達し、そこで接触して押し出されます。 Marvi は、平らな地面では、いつでもガラガラが体の 25% を地面に接触させていることを発見しました。しかし、ヘビはその動きを地形に合わせます。 10°の傾斜では、身体の 40% が地面に接触したままです。その割合は、30° の傾斜で 45% に増加します。
調整を行う際、ヘビは 2 つの要素のバランスを取る必要があります。接触が多すぎると、爬虫類は体の他の部分を十分に持ち上げることができず、斜面を上ることができません。接触が少なすぎると、ヘビの重みで砂が崩れます。 「どうやら、これらの動物はスイート スポットを見つけたようです」と Koditschek は言います。
Choset のグループは、ロボットが同じように動くようにプログラムし、波を変更して、ロボットの体が一度に砂と接触する量を変更しました。それもまた、砂の中を通り抜けました。
そして、2 つの波を微調整することで、「10 セント硬貨をオンにするなど、ヘビができないことをヘビ ロボットに実行させることができます」と Choset 氏は言います。これらの属性は、被災地のがれきの中を蛇行して閉じ込められた人々を見つけたり、原子力発電所を検査したりできるロボットにつながる可能性があります。
「私はこの論文に夢中です」と、ワシントン大学フライデー ハーバー研究所の比較バイオメカニストである Adam Summers は言う。 「生物学は工学によって知らされ、その逆もまた然りです。」
Chosetもとても満足しています。彼はエジプトの洞窟に戻るために必要な許可を持っていませんが、現在、別の考古学調査でロボットを使用しています。そこでは、「私たちはずっと良くなりました」と彼は言います。ロボットのヘビは上向きです。
