犬型ロボットはヘラジカにヒントを得た蹄を使って泥の中を歩くことができる

多くの四足歩行ロボットは、凹凸のある地形や傾斜した地形でもうまく対応できるが、それはロボットの足元の地面が比較的安定している場合に限られる。滑りやすい環境や泥だらけの環境を考慮すると、四足歩行ロボットはすぐによろめいたり、完全に故障したりする可能性がある。しかし、あるエンジニアリング チームは、沼地の生息地でよく見られる動物を模倣することで解決策を見つけたと考えている。エストニアのタリン工科大学 (TalTech) の研究者がBioinspiration & Biomimeticsに発表した研究によると、犬型ロボットはすぐに巨大なヘラジカからヒントを得るようになるかもしれない。

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「ほとんどのロボットは、自然界に豊富に存在する湿地、沼地、沿岸湿地、河口、野原など、極めて重要な陸上環境の広範囲にアクセスすることができません」と、タルテックのバイオロボティクス教授でチームリーダーのマールヤ・クルースマー氏は1月2日の声明で説明した。

しかし、有蹄類（牛やヘラジカのような分かれたひづめの動物）は、進化の過程でこうした厄介な状況に対処できるようになっています。実際のヘラジカの足を観察する物理的実験を行った後、研究者は、分かれたひづめが泥や同様の水浸しの地形を進むための鍵であることを発見しました。これは、分かれたひづめが、足を踏み出すたびに広がったり縮んだりする能力を持っているためです。それぞれのつま先の露出した接触面積は、泥だらけの地面に出入りするたびに増減し、それによってヘラジカは泥の中に深く沈み込むのを防いでいます。しかし、より重要なのは、分かれたひづめの吸引特性です。

「ヘラジカのひづめは吸盤と似た働きをすることがわかった。ひづめの表面に爪を突っ込んで吸引力を破るのと同じだ」と、バイオロボティクスの博士課程の学生で研究の共著者でもあるサイモン・ゴドン氏は言う。

ゴドン氏はまた、泥の物理的性質を、シャワーから出た後に足に張り付く濡れた浴室のタイルに例えた。しかし、人間と違って、ヘラジカの蹄は動き回ることで表面張力を破り、泥にはまり込むのを避けることができる。

ヘラジカのテストに続いて、研究者たちは四足歩行ロボット用のシリコン製スリッパを設計した。研究室での分析結果によると、有蹄類にヒントを得たブーツは、沈み込み深さを約 46 パーセント減らし、吸引力もほぼ同じだけ減少させた。また、この付属品により、ロボットの歩行エネルギー コストも最大 70 パーセント削減された。

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そこから、エンジニアたちは自分たちで作ったヘラジカの足を持つ犬型ロボットの 1 台をエストニアの森の中を散歩させました。さらに測定すると、機械による輸送コストが 38 パーセント以上削減され、速度が 55 パーセント向上したことがわかりました。さらに、研究チームは「硬い地面では、ひづめが分かれたデザインにヒントを得た欠点は見つかりませんでした」と研究に記しています。

「これは、四足歩行ロボットの足を再設計することで、自然地形における全体的な汎用性と効率性が向上することを示唆している」と研究者らは結論付けた。

こうした単純なシリコンの改造により、将来の四足歩行ロボットはこれまで不可能だった環境にアクセスし、土地調査、警備、救助活動を支援できるようになるかもしれない。