電子部品を使わずにソフトロボットの歩行を制御する空気圧回路に関する研究

Electronics-Free Soft Legged Robot [1]

空気圧で作動するソフトロボットは、環境に適応する能力が期待できることを示しています。以前は、これらのロボットは、バルブやポンプなど、通常はかさばり、高価な電気機械コンポーネントで制御されていました。

UCサンディエゴの研究チームが、電子部品を使用せずに単純な空気圧回路を使用して、足の柔らかいロボットの歩行を制御するためのアプローチを紹介、その成果をScience Roboticsに寄稿しています。このアプローチは、センサー入力に応答して空気圧ロジックコンポーネントによって作用される生物学的中央パターンジェネレータ神経回路に類似した振動信号を生成するソフトバルブで構成されるリングオシレータを使用して、運動歩行を生成するそうです。開発されたロボットは、制御システムと作動システムの両方に電力を供給するための、一定の加圧空気源のみを必要とします。空気圧制御回路を設計して、脚ごとに3自由度の柔らかい脚の四肢の歩行を生成し、歩行を切り替えて移動方向を制御するそうです。

実験では、3つの空気圧記憶要素（バルブ）のみを使用して基本的な歩行を制御しました。 2つの発振回路（7つのバルブ）により、移動速度を270％向上させることができたとしています。
さらに、双極双投スイッチを模倣するように設計した空気圧を使用して、ロボットが全方向移動の歩行を選択し、センサー入力に応答できるようにする制御回路を設計したそうです。

娯楽用の低コストのロボット工学や、電子機器が適さない可能性のある環境で動作するシステムなどのアプリケーション向けの、電子機器のない歩行ロボットへの一歩を示したとしています。

[1] : Drotman, D., Jadhav, S., Sharp, D., Chan, C., & Tolley, M. T. (2021). Electronics-free pneumatic circuits for controlling soft-legged robots. Science Robotics, 6(51).

URL : https://robotics.sciencemag.org/content/6/51/eaay2627

FFF方式の3D印刷技術を使用したマイクロドリルの高速製造方法

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45°傾斜、0°、およびらせん状のブレードを備えたマイクロドリルデバイスの製造プロセス [1]

韓国の漢陽大学校らの研究チームが、さまざまなブレード形状のマイクロドリルデバイスを、3次元（3D）印刷技術（FFF方式：Fused Filament Fabrication）を使用した迅速で簡単な製造プロセスを発表、その研究成果がScientific Reportに寄稿されています。

3D印刷された鋳造金型を使用して、高価な製造ツールを必要とせずにブレードの連続形状をカスタマイズしたことが特徴で、計算流体力学シミュレーションを実行して、流れるストリーム内の各回転デバイスの周囲の圧力差（流体抵抗）を推定たそうです。

論文内では、3種類のブレード（45°、0°、ヘリカルタイプ）を製造し、ブレードのないデバイス（プレーンタイプ）と比較し、その結果、45°ブレードを備えた装置は最高の穴あけ性能を示したとしています。

1000 rpmの回転速度で、人工血栓を90秒間貫通する45°ブレードを備えたデバイスの平均穴あけ深さは3.64 mmで、らせん状ブレード（1.51 mm）の約2.4倍でした。この研究は、3D印刷を使用して、生体内の顕微手術や給水管の詰まりのメンテナンスなど、さまざまなアプリケーション向けの鋭い刃を備えたマイクロスケールの掘削装置を製造することの実現可能性を示していると主張しています。

[1] : Park, S., Ko, B., Lee, H., & So, H. (2021). Rapid manufacturing of micro-drilling devices using FFF-type 3D printing technology. Scientific Reports, 11(1), 1-9.

URL : https://www.nature.com/articles/s41598-021-91149-8

復旦大学らが開発した洗濯できるディスプレイテキスタイル

Large-area display textiles integrated with functional systems | Research Square
Large-area display textiles integrated with functional systems [1] (Fig.1より引用)

ディスプレイは、現代の電子機器の基本的な構成要素であり、ディスプレイをテキスタイルに統合することで、スマート電子テキスタイルに刺激的な機会がもたらされます。ディスプレイテキスタイルは、人間と機械の相互作用を橋渡しする役割を果たし、たとえば、音声や音声に問題のある個人向けのリアルタイムコミュニケーションツールを提供するなど、可能性は多岐に渡ります。しかし、機能的で大面積のディスプレイを備えたテキスタイルは、耐久性があり、広範囲にわたって組み立てが容易な小型の照明ユニットを入手することが難しいため、まだ達成されていないのが現状です。

中国の復旦大学らの研究チームが、長さ6メートル、幅25センチメートルのディスプレイテキスタイルを報告し、その研究成果がNatureに寄稿されています。このテキスタイルには、約800マイクロメートル離れた5×105のエレクトロルミネッセンスユニットが含まれおり、導電性のよこ糸と発光縦糸繊維を織り込むことで、よこ糸と縦糸の接触点にマイクロメートルスケールのエレクトロルミネセントユニットが形成されるとしています。
エレクトロルミネセントユニット間の明るさのずれは8％未満であり、テキスタイルを曲げたり、伸ばしたり、押したりしても安定しています。また、このディスプレイテキスタイルの特徴として、柔軟性と通気性があり、繰り返しの洗濯に耐えるため、実用的な用途に適しているとしています。

ディスプレイ、キーボード、電源で構成される統合テキスタイルシステムがコミュニケーションツールとして機能することを示し、ヘルスケアを含むさまざまな分野の「モノのインターネット」内でのシステムの可能性を示します。私たちのアプローチは、電子機器の製造と機能をテキスタイルと統合し、織物繊維材料が次世代の電子機器を形作ることを期待しているとしています。Nature論文内に様々なアプリケーション事例を提示しており、汎用性が高い可能性を示唆しています。

[1] : Shi, X., Zuo, Y., Zhai, P., Shen, J., Yang, Y., Gao, Z., … & Peng, H. (2021). Large-area display textiles integrated with functional systems. Nature, 591(7849), 240-245.

URL : https://www.nature.com/articles/s41586-021-03295-8

ポケットにつけたテキスタイルセンサーで物体を認識する手法

Project Tasca : Enabling Touch and Contextual Interactions with a Pocket-based Textile Sensor [1]

Microsoft Researchとダートマス大学の研究チームが、ユーザーがパンツのポケットに入れて持ち歩く日常の物体（キー、コイン、電子機器、プラスチック製品など）を認識するポケットベースのテキスタイルセンサー：Project Tascaを発表、2021年度のCHI会議に寄稿しています。

ポケット内のタッチと圧力を検出し、ポケット内の金属、非金属、タグ付きのオブジェクトを認識することができる新しいファブリックベースのセンサーを作成することで、いつでも利用できる入力を可能にし、ウェアラブルシナリオでのコンテキスト駆動型の相互作用を実現したとしています。
論文内では、4つの異なるタイプのセンシング方法、つまり、誘導センシング、静電容量センシング、抵抗センシング、およびNFCを多層ファブリック構造でジーンズポケットのフォームファクターに統合することによってプロトタイプを開発しています。

10人の参加者による調査を通じて、手、8つの力のジェスチャー、30のNFCタグの配置など、11の一般的なオブジェクトにわたるプロトタイプのパフォーマンスを評価し、その結果、オブジェクト認識の92.3％の個人相互検証精度、ジェスチャ認識の96.4％の精度、および近距離でのNFCタグの検出の100％の精度が得られたとしています。最後に、いくつかのアプリケーションでポケットベースのセンサーによって可能になる新しいインタラクションを提示しています。

[1] : Wu, T. Y., Xu, Z., Yang, X. D., Hodges, S., & Seyed, T. (2021, May). Project Tasca: Enabling Touch and Contextual Interactions with a Pocket-based Textile Sensor. In Proceedings of the 2021 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (pp. 1-13).

URL : https://dl.acm.org/doi/10.1145/3411764.3445712

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