特集ヘンリー・ワズワース・ロングフェローの詩『ポール・リビアの騎行』では、アメリカ独立戦争の開始時にイギリス軍がどのように到着するかを、ランタンの光で知らせる役目を果たしました。陸路なら1人、海路なら2人です。
今後の戦争では、米海軍のロボットが両方を横断することになるだろう。
先月ワシントン DC で開催された 2017 年海軍将来部隊科学技術博覧会で、Pliant Energy Systems 社は、陸上と水中の両方での移動が可能なロボット、Agile Amphibious Swimmer (AAS1) を披露しました。
社内では「Velox」と呼ばれているこのロボットの注目すべき点は、それが自ら推進する手段である。推進力と誘導力のために、フィンとして機能する一対の波打つリボンである。
「これは全く新しいタイプの推進力です」と、米国海軍研究局の生物模倣自律システムプログラムのプログラムオフィサー、トム・マッケナ氏はThe Register紙との電話インタビューで述べた。「エイやイカといった一部の水生生物の推進力に似ています。」
草の上や雪や氷の上を這う様子は蛇に似ています。
米海軍と海兵隊の技術開発に協力するONRは、ニューヨーク州ブルックリンに拠点を置くPliant社と契約し、水から海岸へ、そしてまた水から海岸へ移動できるプラットフォームとしてVeloxを開発している。
それは難しい移行です。水陸両用車は、ホバークラフトにするか、陸上移動用の車輪と、通常はウォータージェットやプロペラといった水中推進力を組み合わせることで、この移行を実現します。ラテン語で「速い」を意味するVeloxは、単一の移動機構でどちらの環境でも運用できます。
水中で作動する機械の想像図…クリックして拡大
「このロボットの遊泳性能だけでも、自然界以外では前例のないものです」と、Pliantの創業者兼CEO兼CTOであるベンジャミン・ピエトロ・フィラルド氏はThe Register紙のインタビューで主張した。「しかし、それはまだ半分に過ぎません。なぜなら、このロボットはフィンを展開することで、陸上ロボットの分野ではまだ研究されていないような方法で、様々な地形を移動できるからです。」
この物語には続編の可能性もある。ロボットは当初エネルギー生成システムとして考案されたため、流水の中に自らを固定して充電できる可能性がある。
フィラルド氏は、発電と推進は逆のシステムであると説明し、風力タービンとプロペラエンジンを例に挙げました。前者はエネルギーを捕捉し、後者はそれを消費します。しかし、プロペラ駆動の航空機は十分なエネルギーを回収できないため、風力でエネルギーを補給することができません。効率的にエネルギーを捕捉するには、プロペラブレードをはるかに大きくする必要があります。
「私たちのリボンは非常に大きな表面積を持っているため、推力を得るためにゆっくりと移動する大きな表面積を利用しており、受動的な流れを捕らえる大きな面積も得られます」と彼は語った。
しかし、その理論的な能力は、海軍が推進システムを入手した後、将来の改訂版で実現されるのを待つことになる。
ロボットのコマンドと制御パスを示す図...クリックして拡大
フィラルド氏は、海軍がプライアントの自律ロボット技術に興味を持っていること、そして少なくとも公開されているシステムの中には砕波帯で移動できるロボットは存在しないことを指摘した。
Pliant の波状駆動は、環境的に敏感な海域で船舶を移動させるなど、他の用途にも使用できる可能性があります。
プロペラは海草を食い荒らし、海洋生物を殺してしまう。プライアントのくねくねしたリボンはせいぜいマナティーマッサージ以上の効果を期待できない。
ニューウェーブ
フィラルド氏は、スコットランドのセント・アンドリュース大学で生物学と海洋学を学んでいた学生時代、1980年代後半に波力発電について考え始めたという。
波力発電は嵐が来て破壊されるまではうまく機能する、と彼は説明した。そこで彼は、波に耐えられるものは何か、そして非線形の機械的作用によってエネルギーをどのように利用できるかを考えるようになった。
1990 年代半ばまでに、フィラルド氏は建築学の学位も取得し、建築家として約 10 年間働いた後、電気活性ポリマーとしても知られる誘電エラストマー [PDF] に関する SRI の研究に出会いました。
フィラルド氏によると、これは可変コンデンサーとして機能する物質で、伸縮させることで発電し、電気を流すと動かすことができる。「誘電エラストマーは、人工筋肉を開発するための最初の本格的な試みでした」と彼は説明した。
フィラルドは、この材料がエネルギー環境に反応するのに適した非線形メカニズムだと考えた。歯車、滑車、ギア、そして剛性カップリングといった線形機械システムを必要とせずに、波のエネルギーを捕捉できる。さらに、ポリマーであるため、金属部品に見られるような腐食の問題もない。
「2007年に、エネルギー捕捉チェーンの第一段階は何だろうと考え始めました」と彼は語った。「誘電エラストマー発電機の流体受容部品は何だろうか？」
