ロボビー

RoboBee は、ハーバード大学のロボット研究チームによって開発された、部分的にケーブルなしで飛行できる小型ロボットです。12 年間の研究の集大成である RoboBee は、マイクロロボットの 2 つの主要な技術的課題を解決しました。エンジニアは、飛び出す絵本からヒントを得たプロセスを発明し、これによりサブミリメートル スケールで正確かつ効率的に構築できるようになりました。飛行を実現するために、彼らは 1 秒間に 120 回羽ばたくことができる人工筋肉を作成しました。

RoboBeeプロジェクトの目標は、捜索救助、監視、人工授粉などの用途に使用できる、完全に自律的な飛行ロボットの 群れを作ることです。^[1] これを実現するために、研究者は、現在ロボット本体に統合された小さなテザーを介して供給されている電力供給と意思決定機能をどのように実現するかを考え出す必要があります。

RoboBee の翼幅は 3 センチメートル (1.2 インチ) で、昆虫をモデルにした飛行を実現する 最小の人工装置です。

ハーバード大学の研究者たちは、10年以上にわたって小型飛行ロボットの開発に取り組んできました。^[2] 米国防高等研究計画局は、戦場や市街地でのステルス監視ソリューションにつながることを期待して、初期の研究に資金を提供しました。ハエの生物学に触発され、初期の取り組みはロボットを空中に浮かべることに重点が置かれました。飛行は2007年に達成されましたが、機内に制御メカニズムを構築できなかったため、前進にはガイドラインが必要でした。カリフォルニア大学バークレー校のロボット研究者ロン・フィアリングは、この成果を「マイクロスケールロボットの大きな進歩」と呼びました。^[3]

マイクロスケールの飛行システムの概念は新しいものではありませんでした。「デルフライ」（3.07 g）は、拘束なしで自律的に前進飛行することができました。一方、マイクロメカニカル飛行昆虫研究装置（0.1 kg）はホバリングするのに十分なパワーを持っていましたが、自立飛行能力がありませんでした。^[4]

初期のロボットハエ実験の期待に基づいて、ロボットハチコロニーの作成に何が必要かを調査するために、2009年にRoboBeeプロジェクトが開始されました。^[5]

制御飛行の実現は非常に困難で、視覚の専門家、生物学者、材料科学者、電気技術者など、多様なグループの努力が必要でした。^[2] 2012年の夏、研究者たちは主要な技術的課題を解決し、RoboBeeという愛称のロボットが初めて制御飛行を行えるようにしました。研究結果は2013年5月初旬にサイエンス誌^{に掲載されました。 [6]}

RoboBeeの研究者によると、ロボットを小型化するこれまでの取り組みは、RoboBeeの小ささが作用する力の性質を変えてしまうため、ほとんど役に立たなかったという。^{[5]エンジニアたちは、}回転モーター、ギア、ナットやボルトを使わずに作る方法を考えなければならなかったが、これらはこのような小さなスケールでは実現不可能である。^{[5] [7]} 2011年に、彼らは平らなシートからデザインを切り取り、重ねて折り畳んで形を作る技術を開発した。^[2]折り紙 に似た接着剤を使用して、折り畳んだ部分を固定した。^[7] この技術は、より遅く、精度が低く、耐久性の低い材料を使用していた以前の技術に取って代わった。^[2]ポップアップブック にヒントを得た製造プロセスにより、RoboBeeのプロトタイプユニットを迅速に製造することができる。^[8] [1]

マイクロスケールでは、わずかな乱気流が飛行に劇的な影響を与える可能性があります。これを克服するために、研究者は RoboBee を非常に迅速に反応させる必要がありました。^[2] 翼については、圧電アクチュエーター (電流を流すと収縮する薄いセラミックストリップ)を使用して「人工筋肉」を作成しました。 ^[7] 薄いプラスチックヒンジは、翼の回転運動を可能にするジョイントとして機能します。^[2] この設計により、ロボットは同じサイズの昆虫に匹敵する出力を生成できます。^[5]各翼はリアルタイムで個別に制御できます。^[2]

このプロジェクトの最終目標は、完全に自律的で無線のRoboBeeのコロニーを作ることです。^{[2] 2013年現在、2つの問題が未解決のままです。まず、ロボットは最小のカプセル化された}マイクロチップ にも収まりきらないほど小さいため、ロボットが意思決定を行う方法がありません。^[7] 現在、RoboBeeにはオンボードの視覚センサーがありますが、データを解釈するには、接続された「脳サブシステム」にデータを送信する必要があります。この問題を解決するために、専用のハードウェアアクセラレータの開発が続けられています。^[5]

第二に、研究者たちは、機内に実用的な電源をどうやって搭載するかをまだ解明していない。^[7] 「電源の問題も、ある種ジレンマに陥っている」とウッド氏は指摘する。「大型のパワーユニットはより多くのエネルギーを蓄えるが、重量増加に対応するためにより大きな推進システムが必要となり、さらに大きな電源が必要になる。」^[5] その代わりに、ロボットは電力と方向を供給する細いコードでつながれている。^[7]機内電源管理の最近の進歩は、張り出した部分に可逆的かつエネルギー効率よくとまることを実証したことだ。これにより、プロトタイプはエネルギーを節約しながら高い位置に留まることができる。^[9]

研究者がマイクロチップと電力の問題を解決すれば、群知能を活用したロボビーの群れは捜索救助活動や人工花粉媒介者として非常に役立つと考えられています。群知能の目標を達成するために、研究チームはフローチャートを使用するKarmaと確率的アルゴリズムを使用するOptRADという2つの抽象プログラミング言語を開発しました。 ^[5] ロボビーの個別または小集団の潜在的な用途には、秘密の監視や有害化学物質の検出などがあります。^[3]

これまで、電子フロンティア財団などの団体は、軍や政府による小型飛行ロボットの使用が民間人のプライバシーに与える影響について懸念を表明してきた。^{[10] [11]}テキサス州やバージニア州シャーロッツビル市など一部の地域では、規制当局が一般市民による使用を制限している。^{[12] [13]}

プロジェクトの研究者によると、「ポップアップ」製造プロセスにより、将来的にはロボビーの完全自動大量生産が可能になるという。^[8]ハーバード大学のワイス研究所は、このプロジェクトのために発明された折りたたみおよびポップアップ技術を商業化するプロセスにある。^[2]

ロボビーの翼幅は3センチメートル（1.2インチ）で、飛行可能な最小の人工翼幅だと考えられている。翼は1秒間に120回羽ばたき、リアルタイムで遠隔操作できる。ロボビー1体の重量は80ミリグラム（0.0028オンス）である。^[7]

ロボットによる作物の受粉が花粉媒介者の減少に対抗できるという考えが、最近広く受け入れられている。^{[いつ? ]}ミツバチの受粉、ミツバチの健康、ミツバチの保護、農業生態学の分野の研究者は、RoboBee やその他の物質的に設計された人工花粉媒介者は、現時点では技術的にも経済的にも実現不可能な解決策であり、大きな生態学的および道徳的リスクをもたらすと主張している。(1) 最近の進歩にもかかわらず、ロボット支援による受粉は、作物の受粉を効率的に行うためにミツバチに取って代わるにはほど遠い。(2) ロボットの使用は経済的に実行可能とは考えにくい。(3) 環境コストが容認できないほど高くなる。(4) より広い生態系が損なわれる。(5) 生物多様性の価値が損なわれる。(6) ロボットによる受粉に頼ると、実際に深刻な食糧不安につながる可能性がある。^[14]

• 材料工学による人工花粉媒介者

• Robobees プロジェクトのホームページ
• Scientific American 2013-05-08にWayback MachineでアーカイブされたRoboBeeに関するビデオ付き記事
• TIMEの記事
• Ma, Kevin Y.; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B.; Wood, Robert J. (2013 年 5 月)。「生物学にヒントを得た昆虫スケールのロボットの制御飛行」。Science。340  ( 6132 ) : 603–607。Bibcode : 2013Sci ...340..603M。doi : 10.1126/science.1231806。PMID 23641114。S2CID 21912409  。— オリジナルのサイエンス論文。
• Graule, Moritz A.; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B.; Jafferis, Noah T.; Ma, Kevin Y.; Spenko, Matthew; Kornbluh, Roy; Wood, Robert J. (2016 年 5 月)。「切り替え可能な静電接着を用いたロボット昆虫の張り出し部分への止まり木と離陸」。Science。352 (  6288 ) : 978–982。Bibcode : 2016Sci ...352..978G。doi : 10.1126/science.aaf1092。PMID 27199427。-止まり木に関する科学論文