電池不要　メタノールで動く極小甲虫ロボットを開発　米研究

【ワシントンＡＦＰ＝時事】人間には接近が困難だったり危険すぎたりする環境を移動できる極小ロボットの開発については、科学者らの間で長年構想が練られているが、動力の供給を維持してロボットを動かし続けるための方法を見つけることは、これまで達成できていなかった。（写真は極小ロボット「ロビートル」）
　米南カリフォルニア大学のチームは最新の研究で、この難題に突破口を開いた。研究チームが開発した重さ８８ミリグラム（０．０８８グラム）の極小ロボット「ロビートル」はメタノールを動力源とし、人工筋肉システムを用いて最大２時間にわたり、前肢で這（は）って進んだり、坂を上ったり、背部に荷物を積んで運んだりすることができる。
　本体は全長わずか１５ミリで「これまで開発された中で最も軽量で小型の自律ロボットの一つ」だと、開発者のシウフォン・ヤン氏はＡＦＰの取材に語った。
　１９日の学術誌「サイエンス・ロボティクス」に掲載された、今回の研究をまとめた論文の筆頭執筆者のヤン氏は「本物の昆虫に匹敵する重さと大きさを持つロボットの開発を目指していた」と続けた。
　問題となるのは、大半のロボットで必要なモーターはそれ自体がかさばる上に電力を必要とするため、バッテリーを積まなければならなくなることだ。
　現在利用可能な最小のバッテリーでも、その重量は研究チームが基準点として用いた体重５０ミリグラムの昆虫ハンミョウよりも１０～２０倍重い。
　この問題を克服するため、ヤン氏と研究チームは液体燃料に基づく人工筋肉システムを開発した。今回の液体燃料のメタノールは、同じ重さのバッテリーの約１０倍ものエネルギーを蓄えている。

■加熱されると「縮む」合金を使用
　ニッケルとチタンの合金のワイヤで構成されるこの「筋肉」は、大半の金属が熱を加えると膨張するのとは異なり、加熱されると長さが縮む。
　ワイヤにコーティングされている白金粉末は、メタノール蒸気の燃焼の触媒として作用する。ロビートルの燃料タンクに入ったメタノールの蒸気が白金粉末上で燃焼すると筋肉ワイヤーが収縮し、一連の微小バルブが閉じてさらなる燃焼が止まる。
　燃焼が止まるとワイヤは温度が下がって膨張する。これにより再度バルブが開く。このプロセスはすべての燃料が消費されるまで繰り返し実行される。
　膨張と収縮を繰り返す人工筋肉は伝達機構を通じてロビートルの前肢に接続されており、これによって前肢だけで這って進むことが可能になっている。
　ヤン氏によると、ロビートルは自重の最大２．６倍の荷物を背部に積んで運ぶことができ、燃料を満載した状態で２時間動作することができたという。
　それに比べて「最小のバッテリーで駆動する這って進むことができるロボットは、重量が１グラムで、動作時間は約１２分」だという。
　極小ロボットは将来的には、インフラの検査や自然災害後の捜索救助活動などのさまざまな分野に応用される可能性がある。さらには、人工授粉や環境モニタリングなどの作業の助けとなる可能性もある。【翻訳編集ＡＦＰＢＢＮｅｗｓ】
〔ＡＦＰ＝時事〕（2020/08/21-13:21）

Scientists have long envisioned building tiny robots capable of navigating environments that are inaccessible or too dangerous for humans -- but finding ways to keep them powered and moving has been impossible to achieve.
A team at the University of Southern California has now made a breakthrough, building an 88-milligram (one three hundredth of an ounce) RoBeetle that runs on methanol and uses an artificial muscle system to crawl, climb and carry loads on its back for up to two hours.
It is just 15 millimeters (.6 inches) in length, making it one of the lightest and smallest autonomous robots ever created, its inventor Xiufeng Yang told AFP.
We wanted to create a robot that has a weight and size comparable to real insects, added Yang, who was lead author of a paper describing the work in Science Robotics on Wednesday.
The problem is that most robots need motors that are themselves bulky and require electricity, which in turn makes batteries necessary.
The smallest batteries available weigh 10-20 times more than a tiger beetle, a 50 milligram insect the team used as their reference point.
To overcome this, Yang and his colleagues engineered an artificial muscle system based on liquid fuel -- in this case methanol, which stores about 10 times more energy than a battery of the same mass.
The muscles are made from nickel-titanium alloy wires -- also known as Nitinol -- which contracts in length when heated, unlike most metals that expand.
The wire was coated in a platinum powder that acts as a catalyst for the combustion of methanol vapor.
As the vapor from RoBeetle's fuel tank burns on the platinum powder, the wire contracts, and an array of microvalves shut to stop more combustion.
The wire then cools and expands, which once more opens the valves, and the process repeats itself until all the fuel is spent.
The expanding and contracting artificial muscles are connected to the RoBeetles' front legs through a transmission mechanism, which allows it to crawl.
The team tested their robot on a variety of flat and inclined surfaces made from materials that were both smooth, like glass, and rough, like mattress pads.
RoBeetle could carry a load of up to 2.6 times its own weight on its back and run for two hours on a full tank, said Yang.
By contrast, the smallest battery-powered crawling robot weighs one gram and operates about 12 minutes.
In the future, microbots may be used for a variety of applications like infrastructure inspection or search-and-rescue missions after natural disasters.
They might also assist in tasks like artificial pollination or environmental monitoring.
Roboticists Ryan Truby and Shuguang Li, of MIT and Harvard respectively, wrote in an accompanying commentary that RoBeetle was an exciting microrobotics milestone, but added there were also opportunities for improvement.
For example, the robot is limited to continuous forward motion, and taking electronics out of the equation reduces its capacity to carry out sophisticated tasks.