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水中ロボットarXiv:2605.26936

ラッチ機構を備えたソフト双安定構造による生体模倣水中ロボット

A Bioinspired Underwater Robot with a Latch-Mediated Soft Bistable Mechanism

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ラッチ機構を統合したソフト双安定アクチュエータを単一モーターで駆動し、非対称なエネルギー入出力を実現して効率的な水中推進と操縦を可能にする小型水中ロボットを提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 小型水中ロボットのための、生物模倣型のソフト双安定アクチュエータを提案する研究。 - mantis shrimpsやfleasが用いるlatch-mediated spring actuation (LaMSA)に着想を得て、単一モータで非対称なエネルギー入力と放出を実現する。 - ラッチ機構を統合したソフト双安定アクチュエータとfin構造を組み合わせ、水中推進と機動性を実現する。 - 実験で安定した周期的flapping、精密なsteering、最大thrust 0.528 N、impulse 0.147 Ns、垂直変位30 mmを達成。 - fin角度を変調することで、垂直上昇、斜め前進、横方向移動などの多様な運動を実現する。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の小型水中ロボットは、従来の動力源の低いエネルギー密度により開発が制限されていた。 - LaMSAは広く研究されているが、単純でコンパクトな構造内で急速かつ非対称なアクチュエーションを再現することは依然として困難であった。 - 本研究は、単一モータで非対称なエネルギー入力と放出を可能にする統合ラッチ機構を備えたソフト双安定アクチュエータを導入し、この課題を克服する。 - これにより、コンパクトな水中ロボットの運動制御における新規でエネルギー効率の良いアプローチを提供する。

3. 技術・手法の肝は?

- 生物模倣のソフト双安定アクチュエータにラッチ機構を統合する。 - 単一モータを用いて、非対称なエネルギー入力と放出を実現する。 - fin構造と組み合わせることで、効率的な水中推進と機動性を可能にする。 - fin角度を変調することで、垂直上昇、斜め前進、横方向移動などの多様な運動を制御する。

4. どうやって有効だと検証した?

- 実験により、安定した周期的flapping、精密なsteeringを実証。 - 最大thrust 0.528 N、impulse 0.147 Ns、垂直変位30 mmを達成。 - fin角度を変調することで、垂直上昇、斜め前進、横方向移動などの多様な運動を実現することを確認。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究: mantis shrimpsやfleasのlatch-mediated spring actuation (LaMSA)システム。 - 関連手法: LaMSA、ソフト双安定アクチュエータ、ラッチ機構。 - 同分野の定番: 小型水中ロボット、生物模倣ロボット、ソフトロボティクス。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Chongze Bi, Wenjie Wu, Zonghao Zuo, Li Wen

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Underwater robotics has advanced significantly over recent decades. however, the development of miniaturized underwater robots remains limited by low energy densities of traditional power sources. Nature offers compelling solutions-organisms like mantis shrimps and fleas utilize latch-mediated spring actuation (LaMSA) systems that achieve rapid movements through a decoupled energy storage and release mechanism. Despite extensive studies of LaMSA, replicating such rapid, asymmetric actuation within simple, compact structures remains challenging. In this work, we introduce a bioinspired, soft bistable actuator with an integrated latch mechanism that enables asymmetric energy input and release using a single motor. Coupled with fin structures, this design facilitates efficient underwater propulsion and maneuverability. Experimental results demonstrate stable periodic flapping, precise steering, and a maximum thrust of 0.528 N, impulse of 0.147 Ns, and vertical displacement of 30 mm. By modulating fin angles, the robot achieves versatile motions, including vertical ascent, diagonal forward movement, and lateral translation. This study presents a novel, energy-efficient approach for controlling motion in compact underwater robots, paving the way for advanced biomimetic designs with potential applications in exploration, environmental monitoring, and inspection.

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