タコの触手の形が重要――様々な物体を確実に掴めるソフトロボットアームを開発

Credit: Harvard SEAS

ハーバード大学と北京航空航天大学の共同研究チームは、タコの触手をヒントにして、様々な物体を掴み、動かし、操作できるソフトロボットアームを開発した。形態学的に多様な物体を把持するための次世代ソフトロボットアクチュエーターの作成について、新しい洞察を提供することに加え、タコという種が備える触手のテーパー形状の機能的意義を理解することにも貢献する研究だ。研究成果は2020年2月25日、『Soft Robotics』に掲載されている。

タコのニューロンのうち、その3分の2は触手にあるため、それぞれの触手には意識があるともいえるだろう。タコはその触手を使って結び目をほどき、子どもでは開けられないようなボトルを開け、あらゆる形やサイズの獲物を包むことができる。触手を覆う数百の吸盤は、水中の粗い表面でも強力に吸着することができる。これまでにもタコにヒントを得たロボットは研究されていたが、多くは吸盤が触手の動きのどちらかの模倣に焦点を当てたもので、その両方を備えるものはなかった。

今回の研究は、はじめて触手のテーパーの度合いと、屈曲と吸着という複合機能を定量化したことに特徴がある。まず、実際のタコの触手のテーパー角度を測定し、物体を曲げたり掴んだりするために最適な値をソフトロボット向けに定量化した。次に、吸盤のレイアウトと構造を観察して、設計に組み込んだ。

このようにして開発されたグリッパーは、吸着カップを備え、柔軟な、先端に向かって細くなる形状設計となっている。アームは2つのバルブで制御されており、1つはアームを曲げるための圧力を加えるもので、もう1つは吸盤と吸引用の負圧を作るものだ。アームの圧力と吸盤の負圧を変更することで、アームが物体に貼りつき、包み、持ち運び、放すことができる。生体模倣（バイオミメティック）な吸盤は、生物学的なものよりもはるかに単純だが、ほぼどんな物体の表面にも吸着することができる。

薄いプラスチックシートからマグカップ、試験管、卵、大きなバランスボール、そして生きているカニなど、さまざまな形状、サイズ、テクスチャの物体でも、確実につかむことができ、アームのテーパー形状によって狭い空間に入って物体を取り出すことができた。これまで多数のグリッパーの使用を必要とするケースに対しても、単独で対応できる小型グリッパーとなっている。

タコの触手の形が重要――様々な物体を確実に掴めるソフトロボットアームを開発