池の水面を滑るように進む、木の葉ほどの大きさのロボットを想像してみてください。沈むことも濡れることもありませんが、それでも動きます。まるでアメンボのような、脚の長い昆虫で、水面を軽々と滑るように泳ぐアメンボのようです。しかし、これは昆虫ではありません。髪の毛ほどの細さで、水面に直接作られた機械なのです。最近まで、これほど繊細な水中ロボットを作るのは悪夢でした。ガラスの上に柔軟なフィルムを作り、それを剥がして（おそらく破れながら）、水に移植するという、繊細な工程で、失敗することもよくありました。しかし今、 ハイドロスプレッド、水そのものが作業台になります。
ガラスが敵になったとき
徐宝星機械工学教授バージニア大学は、なぜ最も高度な水中ロボットが水に触れる前に壊れてしまうのか、長年疑問に思っていました。問題は、従来の製造方法にあります。 柔らかく浮く装置を作るために必要な極薄フィルムは、ガラスのような硬い表面上に作られ、その後ゆっくりと剥がされて水に移されました。あらゆるステップが、材料を破り、何週間もの作業を台無しにし、最初からやり直す機会でした。
「液体上に直接フィルムを作製することで、これまでにないレベルの統合性と精度を実現しました」と徐氏は説明する。「硬い表面にフィルムを作製してからデバイスを移動させるのではなく、液体に作業を任せることで、あらゆる段階での不具合を最小限に抑える、完璧に滑らかなプラットフォームを実現しています。」 で公開された研究 科学の進歩 直感が正しいことを証明する。液体ポリマーの液滴が水面上で自然に広がり、均一な極薄シートを形成する。レーザーがそれをミリ単位の精度でエッチングする。ガラス質の膜は不要、転写も破損もない。
HydroSpread法は、水の表面張力を天然の支持体として利用します。液状ポリマー（正確にはPDMS）の液滴が水に触れると、自発的に非常に薄い膜に広がります。 UVAの研究者によるとこの工程は安定するまで約10分、その後完全に固まるまで8時間かかります。その結果、円、ストライプ、さらには大学のロゴなど、複雑な形状に彫刻できる浮遊フィルムが完成します。
HydroFlexorとHydroBuckler：歩行プロトタイプ
徐氏のチームは、HydroSpreadの機能を実証するために2つのプロトタイプを製作した。1つ目は、 ハイドロフレクサーは、ひれのような動きで水面を漕ぎます。2つ目は、 ハイドロバックラーアメンボの歩き方を模倣し、脚を曲げて「歩く」。研究室では、この装置は上部に吊り下げられた赤外線ヒーターによって駆動されている。フィルムが加熱されると、層状構造が曲がったり湾曲したりして動きを生み出す。加熱のオン・オフを切り替えることで、水中ロボットは速度と方向を調整する。
物理学を巧みに応用したものだ。アカエイは沈むことなく水面を舞う昆虫だが、 閾値のすぐ下で最大の力を発揮する これにより表面張力が破壊されます (約 144 mN/m)。 水生ロボット 徐氏も同様の技術を採用しています。彼らは、超撥水性素材で覆われた湾曲した脚を用いており、その脚は地面を突き刺すことなく配置されています。「ジャンプ」や歩行中の脚の回転運動は、 沈むことなく加えられる力を42%増加します。
水中ロボットの先へ：未来は液体
HydroSpreadの応用範囲は、生物に着想を得た水中ロボットだけにとどまりません。ウェアラブル医療センサー、フレキシブルエレクトロニクス、環境モニターなど、これらのデバイスはすべて、硬質材料では対応できない環境下でも、薄く、柔らかく、耐久性を備えていなければなりません。繊細なフィルムを損傷することなく製造できる技術は、軽量で適応性の高いテクノロジーの設計方法に革命をもたらす可能性があります。 最近の記事で述べたように流体を能動的なコンポーネントとして使用するというアイデアは、ソフトロボティクスに革命をもたらしています。
将来的には、これらの水中ロボットは太陽光、磁場、あるいは内蔵の小型ヒーターに反応するように設計される可能性があります。これにより、 浸水地域を探索したり、汚染物質を監視したり、危険な地域で水サンプルを採取したりできる自律型ロボット。 小型化された装置の群れが目に見えず疲れることなく表面上を滑空します。
徐氏の研究は数十年にわたる一連の研究の一部である。 2007年にCMUのナノロボティクス研究所がアメンボからヒントを得た最初のプロトタイプを発表してから、最近まで 水生ロボット の ワシントン州立大学 （重量55ミリグラム、毎秒6ミリメートルの速度で移動する）バイオインスパイアード・ロボティクスは飛躍的な進歩を遂げてきました。しかし、これまで液体を直接製造するという問題を解決した者は誰もいませんでした。
水中ロボットの限界は技術だけである。今のところ、
現時点では、HydroFlexorとHydroBucklerは実験室でのプロトタイプです。外部の熱源や光源に依存しているため、自立型ではありません。しかし、その方向性は明確です。 次のステップは、小型バッテリーやエネルギー収集システムを統合することだ。 （小型の太陽電池や触媒燃料電池を想像してみてください）。これらが 水生ロボット これらは完全に自律的になり、人間の介入なしに何時間も何日間も動作できるようになります。
徐氏と彼のチームは、 全米科学財団 4-VAプログラムでは、彼らは手法の改良を続けています。組織的な支援は重要です。それは、この技術が研究室を出て現実世界に到達できると誰かが信じていることを意味します。そして、もしかしたら予想よりも早く現実世界に到達するかもしれません。
水はもはやロボットが泳ぐだけの環境ではない。ロボットが構築される表面となり、新世代の柔らかい機械にとって完璧な支えとなっている。昆虫が水上を歩けるのなら、ロボットが歩けない理由はないだろう？徐の答えはシンプルだ。今や、それが可能になったのだ。
