てんとう虫が飛び立つとき、その羽は10分の1秒以内、つまり瞬きよりも速い時間で開きます。そして、一度広げられた羽はそのまま開いたままなので、折れたり曲がったりすることなく素早く羽ばたくことができます。
韓国のソウル国立大学ソフトロボティクス研究センター所長、チョ・キュジン氏は、「これらの特性は、色鮮やかな小さな甲虫が飛行ロボットの大きなインスピレーションの源となっている」と語る。チョ氏らは、本物のテントウムシのように、パチンと開いて固定する一対の羽根を使って飛行するロボットを開発した。
「私たちは、こうした動きを生み出す基本原理を模倣しようとしている」と、今週サイエンス・ロボティクス誌に自身の研究について発表したチョー氏は言う。
彼の研究グループが設計した翼は、飛行中は頑丈でありながら、着陸後は折り紙のように折りたたむことができます。この軽量コンパクトな翼は、将来のロボットを捜索救助や偵察任務に最適なものにする可能性があります。
使用していない時に後ろ羽をしっかりと折りたたむ昆虫は、テントウムシだけではありません。「しかし、テントウムシの羽とは異なり、後ろ羽はそれほど早くは開きません」とチョー氏は言います。この昆虫が素早く飛び立つ鍵となるのは、羽にある特殊な静脈です。この静脈はわずかに湾曲しており、折りたたんだ状態では弾性エネルギーを蓄え、羽を開く際にそれを放出します。湾曲した静脈は、飛行中に羽を硬く安定させ、巻尺を伸ばした状態でまっすぐに保つのと似ています。
「巻尺を折って…それから放すと、すぐに開きます」とチョー氏は言います。「基本的に同じ原理です。」
彼と同僚たちは、人工プラスチック製の静脈を内蔵した13インチ（約30cm）の布製の羽を作り、跳躍や這いずり動作を行うように設計したロボット昆虫に取り付けた。静脈は116ミリ秒以内に展開し、自重の150倍もの重量を曲げることなく支えることができる。
「湾曲した形状のおかげで、広げると自然にロックがかかるので、非常に重いものも支えることができます」とチョー氏は言います。「ただの平面であればすぐに曲がってしまいますが、湾曲しているため、はるかに強度が高いのです。」
研究者たちは、遠隔操作ロボットの1台をテストし、屋根から飛び降り、空中で翼を広げて地面に滑空するように指示しました。もう1台のロボットは建物の2階から投げ落とされ、地面に滑空した後、翼を折りたたみ、地面を這うように移動しました。研究チームはまた、この設計を応用すれば羽ばたく翼を持つロボットを作ることができることも発見しました。
この折り紙に着想を得たデザインは、この種のものとしては初めてではありません。宇宙船の太陽電池パネルなど、展開する部品を備えた同様の装置を他の研究者も開発してきました。しかし、これらの従来の装置は、開くのに時間がかかった硬い板を使用していました。チョー氏らの研究グループは、開いた状態では湾曲し、折りたたんだ状態では平らになる翼フレームを設計することで、従来の型から脱却しました。
「私たちのシステムは、実際にエネルギーを蓄え、追加の部品なしで自力で素早く展開できる初めてのシステムだと思います」と彼は言う。「この構造自体がバネとして使われているんです。」
つまり、てんとう虫に着想を得た羽はきれいに折りたたむことができるため、ロボットはより持ち運びやすく、人やドローンによる持ち運びが容易になります。また、展開後は従来のドローンよりも騒音が少なくなります。
世界中で、研究者たちはコウモリや昆虫、鳥のように飛ぶ生物にヒントを得たロボットの開発に取り組んでいます。
「この応用自体はそれほど新しいものではありませんが、折り紙のデザインをこの種の生物に着想を得たロボットに取り入れようとする試みは興味深いです」と、ノースイースタン大学のロボット工学者で、羽ばたく翼を持つ「Bat Bot」と呼ばれるロボットの開発に取り組んでいるアリレザ・ラメザニ氏は語る。「この技術によって、よりシンプルで軽量、そしてより応答性に優れた生物に着想を得たロボットを開発できるようになるという点で、将来性を感じます。」
しかし、折り紙ロボットには欠点もあると彼は言う。折り紙ロボットは限られた形にしか折りたたむことができないため、ロボットが実行できる動きが制限されてしまうのだ。
てんとう虫型ロボットの大きな利点の一つは、羽を折りたたんで邪魔にならないようにできることで、空中にいない時にはジャンプしたり這ったりすることができるとチョー氏は語る。彼は将来、このロボットを人工知能で制御できるようにアップグレードし、より自律的に移動できるようにしたいと考えている。
