ドローンは人間が立ち入れない危険な地域でも活躍できますが、稼働時間の短さが課題となってきました。
重量や消費電力の関係から、どうしても長時間ホバリングしたり飛び続けたりできないのです。
そこでアメリカ・コロラド州立大学（Colorado State University）機械工学科に所属するジアンゴ・ジャオ氏ら研究チームは、消費電力なしで物体をつかめるグリッパー（gripper：くわえ爪）を開発しました。
このグリッパーを装着したドローンは、まるでコウモリみたいに枝ぶら下がって休憩することができ、電力を温存することができます。
研究の詳細は、2022年6月6日付の科学誌『IEEE/ASME Transactions on Mechatronics』に掲載されました。
機械仕掛けで動作する省エネグリッパー
グリッパーはUFOキャッチャーのアームのようにフィンガーを開閉させて、ものをつかむデバイスです。
そして従来のグリッパーでは、開閉のためにモーターなどの動力が用いられてきました。
重たいものをつかんで離さないため、また開閉のタイミングを任意で操作するためには、どうしても電力などの外部エネルギーが必要だったのです。
一般的なマシンであれば、外部エネルギーで動くグリッパーを装着しても、特に問題はありません。
しかし稼働時間を課題としているドローンでは、この余分な消費電力が足を引っ張ることになります。
では、軽くてほとんどエネルギーを消費しないグリッパーはあるのでしょうか？
研究チームは、この課題を解決すべく、電力を消費しない機械仕掛けで動くグリッパーを開発しました。
このグリッパーは、左右に開閉するフィンガーと、中央の衝撃パッドで構成されています。
通常の状態ではフィンガーが開いた状態ですが、つかもうとする物体によって衝撃パッドが押されると、その動きに連動してフィンガーが閉じるようになっています。
そして、そのまま持ち上げようとすると、つかんだ物体の重さで、フィンガーがしっかりと固定されるようになっているのです。
さらに閉じた状態で固定されたフィンガーは、物体を床に置くなどして、力が加わらなくなると、自然と開くようになっています。
電力を消費せず、任意でグリッパーの開閉が可能であり、しかも3.7kgの物体をつかんで持ち上げることもできるのです。
次項では、グリッパーを取り付けたドローンがどのように働くのか注目してみましょう。
休憩にも運搬につ使えるドローン
新しいグリッパーのドローン装着パターンは2種類あります。
下部に装着すると、まさにUFOキャッチャーのような形式になります。
ものをつかんで運べるのです。
しかもグリッパー自体は電力を消費しないので、通常のグリッパーよりも長時間の利用が可能でしょう。
研究チームは、新しいグリッパーが非常に軽量であることも強調しています。
従来のグリッパーの質量はドローン質量の10％以上になることが多かったようですが、「この新しいグリッパーは、ドローン質量の0.75%まで小さくできる」というのです。
軽ければ軽いほどエネルギー消費を軽減できるため、まさに極限まで省エネにこだわったドローン用グリッパーだと言えますね。
もう1つの装着パターンは、ドローンの上部にグリッパーを装着する、というもの。
これによって、木の枝や棒などにつかまってぶら下がることができます。
グリッパー開閉の仕組みは、床にある物体をつかんで持ち上げるときと同様です。
中央の衝撃パッドが木の枝に押されることでフィンガーが閉まり、ホバリングをやめたドローンの重量でフィンガーが固定されるのです。
そして再びホバリングを開始して重量が加わらなくなると、フィンガーが自然と開きます。
これによってコウモリがぶら下がって休憩するかのように、ドローンも休憩してエネルギーを温存できます。
ドローンに搭載されたカメラで周囲をモニタリングしたい場合でも、ホバリングを続ける必要がないため、かなりのエネルギー節約になるでしょう。
ドローンの課題を意識した「実用的なグリッパー」によって、今後ドローンはますます活躍していくはずです。
参考文献
Unpowered MIP gripper allows drones to passively perch and grasp
元論文
A Mechanically Intelligent and Passive Gripper for Aerial Perching and Grasping
提供元・ナゾロジー
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