Soft Roboticsは、生体で見られるような高度にコンプライアントな材料からロボットを構築することを扱うロボットの特定のサブフィールドです。
ソフトロボックスは、生きている生物が動いて周囲に適応する方法から大きく奪われます。 柔らかいロボットは、剛性材料から構築されたロボットとは対照的に、人間の周りで作業する際の安全性の向上と同様に、作業を達成するための柔軟性と適合性の向上を可能にします。 これらの特徴は、医学および製造の分野における潜在的な使用を可能にする。
タイプとデザイン
ソフトロボットの分野の大部分は、コンプライアンス材料から完全に作られたロボットの設計と構築に基づいており、最終的にはワームやタコなどの無脊椎動物に似ています。 これらのロボットの運動は、連続体の力学が適用されるようにモデル化することは難しく、時には連続体ロボットと呼ばれます。 Soft Roboticsは、生体に見られるような高度にコンプライアントな材料からロボットを構築するロボットの特定のサブフィールドです。 同様に、ソフトロボットは、これらの生きている生物がその周囲に移動して適応する方法から大きく引き離されます。 これにより、科学者は、元の生物学的な対応物では容易に行えない実験を用いて、軟らかいロボットを用いて生物学的現象を理解することができる。 柔らかいロボットは、剛性材料から構築されたロボットとは対照的に、人間の周りで作業する際の安全性の向上と同様に、作業を達成するための柔軟性と適合性の向上を可能にします。 これらの特徴は、医学および製造の分野における潜在的な使用を可能にする。 しかしながら、連続体変形が可能な剛体ロボット、特にスネークアームロボットが存在する。
また、ある種の軟式ロボット機構を、より大きな、潜在的に剛性の高いロボットの一部として使用することができる。 柔らかいロボットのエンドエフェクタは、物体をつかんで操作するために存在し、繊細な物体を壊すことなく保持するのに適した低い力を生成するという利点がある。
さらに、ハイブリッド軟質剛体ロボットは、安全のために柔らかい外面を備えた内部剛性フレームワークを使用して構築することができる。 軟質の外装は、脊椎動物の筋肉と同様に、ロボットのためのアクチュエータとしても、人との衝突の場合には詰め物としても働くことができるので、多機能であり得る。
生体模倣
植物細胞は、細胞質と外部環境（浸透圧ポテンシャル）との間の溶質濃度勾配のために、本質的に静水圧を生じさせることができる。 さらに、植物は、細胞膜を横切るイオンの移動によってこの濃度を調節することができる。 これにより、静水圧の変化に応答してプラントの形状と容積が変化します。 この圧力から得られた形状の進化は、ソフトロボティクスにとって望ましいものであり、流体流を使用して圧力適応材料を作成するためにエミュレートすることができる。 次の等式は、細胞容積変化率をモデル化する。
この原則は、ソフトロボットのための圧力システムの作成に活用されてきました。 これらのシステムは、柔らかい樹脂で構成され、半透膜を備えた複数の液嚢を含んでいます。 半透性は、流体の輸送を可能にし、圧力の発生をもたらす。 流体輸送と圧力発生とのこの組み合わせは、形状および体積変化をもたらす。
生物学的に固有の形状変化機構のもう一つは、吸湿性の形状変化である。 このメカニズムでは、植物細胞は湿度の変化に反応する。 周囲の雰囲気が高湿度である場合、植物細胞は膨潤するが、周囲の湿気が低い場合、植物細胞は収縮する。 この体積変化は、花粉粒子および松の鱗茎において観察されている。
科学的課題
IEEE.orgのグループによると、これらの課題は学際的であり、一部は将来の見通しを考慮している。 彼らは特に心配しています：
生体模倣薬の貢献生物の大部分は柔らかい存在で構成されており、内臓はほぼ常にそうである。
「ソフトロボットオルガン」のモデリングとシミュレーションのための方法とツール（ソフトウェア）（複雑で印刷された「モノブロック」の3D） 多くのロボットは無脊椎動物を連想させる形をしていますが、ソフトロボットは複雑なヒューマノイドロボットの作成にも役立ちます。
自由度の高い柔軟な材料の研究（まだ探索段階にある）
ロボットアプリケーションの全部または一部（従来型および将来型）に利用可能であり、有用または望ましい可撓性材料の階層的在庫。
このタイプのロボットを製造および/または組み立てるための最良のツールおよび方法;
多かれ少なかれ弾性および変形可能な構造の「可撓性および伸長性」センサ7（可能性のある光電池用を含む）に向けて進化すべきセンサの統合、
「モジュラー型」および/または「パッシブアダプテーション」（省エネルギー）のシステムを強化するように改訂された作動;
内部自己組織化および分散制御機能
完全に改訂された制御システム（共変量）;
プロトタイピング、テスト（エージングを含む）。
フレキシブルロボットの知識と技術ノウハウの強化と強化
レジリアンスの問題に関連して、「自己救済」の機会。
自己複製;
「ソフトロボティクス」のアプリケーション
ロボットの特異性
フレキシブルロボットは、その形態、大きさ、弾性率、および構造のコヒーレンスにより多かれ少なかれ拘束された弾性変形を生成または受けることができるため、その環境と異なって相互作用する。
それは必ずしもそうではありませんが、必ずしもそうではありませんが、バイオミメティック（またはバイオインパクト）であり、常に特定の物質の使用を特徴とします。
彼のアクチュエーターは部分的に異なっていたり適応したりしています。
剛性ロボットに比べて欠点と利点があります。
短所
ソフトロボティクスの分野は未だに非常に浮上しています。 いくつかのプロトタイプによってのみ証明されています。 スペアパーツやソフトロボットは販売されていないか、またはわずかしかなく、R＆amp; 資金調達は依然として古典的ロボットに優先的に向けられている。
軟質材料（および特に複雑な構造の場合は柔軟構造）の挙動は、硬質材料よりもモデル化するのがはるかに困難であり、したがって制御および操作がより困難である。
いくつかのケースでは、「ソフト」キャラクタはショックのエネルギーや「パンチング」の効果を吸収し、ロボットを保護することも可能ですが、それらを構成する柔らかい材料の一部は特定の外部攻撃に対して脆弱です。
利点
変形可能な構造は、不安定な環境（例えば、乱流の高い流体中の変位、不均一な地面および未知の場所での運動、形態の把持物体の作用、重量および脆弱性を含む）を含む特定の動的環境またはタスク）または生命または器官（外科または産業用ロボットの場合）と接触しているとき。
エラストマー注入の急速な進歩、ある種のエラストマーの3次元印刷の進歩により、異なる弾性の弾性ポリマーブレンドを成形して（今日は印刷することが可能に）、新しい可能性を開く。 近い将来、合成ポリマーを生体高分子、または生きた細胞と会合させることも可能であると思われる。
ある種の軟質および弾性材料は、相変化材料、変形可能な構造（例えば、ばね）または形状記憶または圧縮ガスの統合など、エネルギーに一定のエネルギーを理論的に蓄積および放出することができる。 このエネルギーは、ロボットの動きおよび形状の変化に使用され、および/または他の作業のために動員され得る。
裂けたり、穴があいたり、わずかに損傷した後、熱可逆的共有結合ネットワーク（いわゆる「ディールス – アルダーポリマー」または英語スピーカー用の「ディールス – アルダーポリマー」）からなる特定のエラストマーは（わずかに加温され、再構築する; したがって、自己修復が可能な丈夫な封筒または臓器が可能になります。 Science Roboticsが2017年に発表したテストでは、材料は切れた後に修復でき、修復/治癒2サイクル後でもほぼ完全な性能を示したにもかかわらず、後退します。 問題のポリマーを穿孔、破裂または吹き飛ばして怪我をした後の柔軟性のあるロボット（柔軟な鉗子、手および人工筋肉）自己癒合の3つの空気圧アクチュエータについて、これは首尾よく試験されている。
ソフトロボットは、しばしば「古典的な」ロボットのハード部分よりもはるかに安価です。
製造業
ドリルやフライス削りのような減法的な技術のような従来の製造技術は、これらのロボットが変形可能な物体を有する複雑な形状を有するため、ソフトロボットの構築には有益ではない。 したがって、より高度な製造技術が開発されている。 それらは、形状堆積製造（SDM）、スマートコンポジットミクロ構造（SCM）プロセス、および3Dマルチマテリアル印刷を含む。
SDMは、堆積および機械加工が周期的に生じるラピッドプロトタイピングの一種である。 本質的に、材料を堆積し、機械加工し、所望の構造を埋め込み、前記構造のための支持体を堆積させ、次いで、堆積した材料および埋め込まれた部分を含む最終形状に製品を機械加工する。 組み込みハードウェアには回路、センサー、アクチュエータが含まれており、スティッキーボットやiSprawlなどのソフトロボットを作成するために、ポリマー材料の内部にコントロールを埋め込んでいます。
SCMは、炭素繊維強化ポリマー（CFRP）の剛体を柔軟なポリマー靭帯と組み合わせるプロセスである。 柔軟なポリマーは、骨格のためのジョイントとして作用する。 このプロセスでは、CFRPとポリマー靭帯の一体構造が、レーザ加工とその後のラミネーションの使用によって作り出される。このSCMプロセスは、ポリマーコネクタがピン継手の低摩擦選択肢として役立つため、メソスケールロボットの製造に利用されています。
3D印刷を使用して、直接インク書き込み（DIW）とも呼ばれるRobocastingを使用して、幅広い範囲のシリコーンインクを印刷することができます。 この製造ルートは、局所的に規定された機械的特性を有する流体エラストマーアクチュエータのシームレスな製造を可能にする。 さらに、プログラマブルなバイオインパクトの構造および動作を示す空気圧式シリコーンアクチュエータのデジタル製作を可能にする。 この方法を使用して、曲げ、ねじり、つかみ、および収縮動作を含む幅広い完全機能のソフトロボットが印刷されています。 この技術は、接着された部品間の層間剥離のような従来の製造ルートの欠点のいくつかを回避する。 形状が感光性、熱活性化、または水反応性である形状モーフィング材料を生成する別の付加的な製造方法。 本質的に、これらのポリマーは、水、光、または熱との相互作用によって形状を自動的に変化させることができる。 ポリスチレンターゲット上への光反応性インクジェット印刷の使用により形状モーフィング材料の1つのそのような例が創出された。 さらに、形状記憶ポリマーは、2つの異なる成分：骨格およびヒンジ材料を含む急速プロトタイプ化されている。 印刷すると、材料は、ヒンジ材料のガラス転移温度よりも高い温度に加熱される。 これは、骨格材料に影響を与えずに、ヒンジ材料の変形を可能にする。 さらに、このポリマーは、加熱によって連続的に改質することができる。
コントロール
全てのソフトロボットは、ロボットがその環境内に移動し、その環境と相互作用することを可能にするために、何らかのシステムが反作用力を生成することを必要とする。 これらのロボットの性質上、このシステムは、生体の骨や剛体ロボットの金属フレームとして機能する剛性材料を使用せずにロボットを動かすことができなければなりません。 しかしながら、この工学的問題に対するいくつかの解決法が存在し、各々が長所と短所を有する使用法が見出されている。
これらのシステムのうちの1つは、高電圧電界の印加によって形状が変化する誘電体エラストマー（DEA）を使用する。 これらの材料は高い力を生じさせ、高い比出力（W / kg）を有する。 しかし、これらの材料は剛性骨格に作用しないときに非効率的になるため、リジッドロボットのアプリケーションに最適です。 さらに、必要とされる高電圧は、これらのロボットの潜在的な実用的応用の制限要因になり得る。
別のシステムは、形状記憶合金製のスプリングを使用する。 伝統的に硬質の金属で作られていますが、バネは非常に細い線材で作られており、他の軟質材と同様に適合性があります。 これらのバネは非常に高い力対質量比を有するが、熱を加えることによって伸張するが、それはエネルギー効率が非効率である。
空気圧人工筋肉は、ソフトロボットを制御するために使用されるさらに別の方法である。 フレキシブルチューブの内部の圧力を変えることで、筋肉として機能し、収縮して伸び、それに付随するものに力を加える。 バルブを使用することにより、ロボットは、追加のエネルギー入力なしにこれらの筋肉を使用して所定の形状を維持することができる。 しかしながら、この方法は、一般に、機能するためには圧縮空気の外部供給源を必要とする。
歴史
オートマトンや機械式玩具の時計の中には、数十年に渡って様々な形態のばねや時にはレザー、柔軟な接続部を形成する織物、またはエネルギー容器としてのフラスコ内のねじれた弾性または圧縮空気が使用されている。 しかし、本物の、強く耐久性のあるロボットを作るために必要なポリマーは、数十年前からしか入手できませんでした。
約半世紀の間、産業用ロボットはしっかりとしており、むしろ高速かつ反復的な作業に適しています。 多かれ少なかれ柔軟性のある素材や柔らかい素材が時には建設に使用されましたが、しばしば二次的に重要でした。 彼らは、ケーブル、液体ライン、ジョイントジャケット、真空システム（例えば、壊れやすい物体を掴むため）や衝撃緩和のために予約されていた。漫画、小説、映画のSFは、一般に普及しているロボットが金属製の鎧ヒューマノイド、合成皮膚を含む）。
2009年から2012年にかけて、技術的なシリコーン、様々な成形可能なポリマー、形状記憶材料の登場により、新しい道を探ることが可能になりました。 電気活性ポリマーの使用および人工筋肉系（電気活性ヒドロゲルに基づくものを含む）を製造することが可能であるという見通しは、3Dプリンターの性能の定期的な改善と相まって、特にバイオミメティックスブーストの開発に関連して古典的なロボット工学の剛性要素では不可能な方法で、圧縮、伸張、ねじり、腫れ、モーフィングなどの新しい能力を可能にするソフトロボットです。
2013年には、人工知能とその視点を要約した記事の国際会議で、チューリッヒ大学のRolf Pfeiferらはソフトロボットとバイオミメティックを次世代の「インテリジェント・マシン」として発表しました。
最近の発見とデモンストレーションは、次の点にも焦点を当てています。
「気体ロボット」（空気よりも軽いロボットに焦点を当てる）
おそらく小型化されたゾウの角または触手のような、柔らかくて可愛らしい付属物の関心。 この場合、筋肉および結合組織から形成されることが多い筋肉ハイドロスタットは、浸透圧によって加圧される場合、ならびに特定の植物または真菌の器官においてその形状が変化し得る。
自動巻きの糸で、伸縮性に優れています（クモの巣を覆うドロップの原理を模倣しています）
“詰まりの移行”の原則を介して “形状”にすることができます砂粒のような単純な材料の使用は、最初に柔らかく包み込むことの等価物を与える、それはその後で硬化することができます
形状記憶を有する材料
イオンポリマー金属複合材料
誘電エラストマー（または誘電エラストマー用のDE）。
例えば、3D印刷を使用して、コードレスまたはバッテリフリーの軟体ロボットを製造することができる。ここで、過酸化水素の小さなリザーバはガス源（過酸化水素を触媒（プラチナ）に接触させることによって活性化させることができる（例えば、2016年に発表されたOctobot）3Dプリント空気圧チャンバのネットワークを膨張させる。
予測主義者は、自己修復、成長、リサイクル、または生分解性を有するロボットを期待しており、さまざまなタスクや環境の形態を構成することができます。
柔らかいマイクロロボット（おそらく微視的）も（ソフトロボットと小型化の交差の論理的な結果として）ある人によって期待されますが、（Jay）Kimのような人たちはなぜそう思っていますか？それらを発明する理由は説得力があり、動機づけられていますか？
用途と用途
ソフトロボットは医療専門家、特に侵襲手術のために実施することができる。 シェイプの変化する特性のために、ソフトロボットを手術に役立てることができます。 柔らかいロボットがその形状を調整することによって人体の異なる構造の周りをナビゲートできるように、形状の変更は重要です。 これは、流体作動の使用によって達成され得る。
ソフトロボットは、フレキシブルエキスパンツの作成、患者のリハビリ、高齢者の支援、または単にユーザの強さの向上のために使用することもできる。 ハーバード大学のチームが、これらの材料を使用してエクステンションを作り出し、硬質材料が人の自然な動きを制限するという欠点を伴わずに、エキスパートによって提供されるさらなる強度の利点を提供した。
従来は、人間と衝突する剛性の高いロボットがロボットの動きが速いために怪我を負う可能性があるため、製造上のロボットは安全性の問題から人間の労働者から隔離されていました。 しかしながら、衝突時には、ロボットのコンプライアンスが潜在的な傷害を防止または最小限に抑えるので、ソフトロボットは人間と一緒に安全に作業することができる。
国際ジャーナル
ソフトロボティクス（SoRo）
ロボティクスとAIのフロンティアのソフトロボティクス
国際イベント
2018 Robosoft、イタリア、リボルノ、2018年4月24-28日、ソフトロボットに関する第1回IEEE国際会議
2017 IROS 2017触覚センシング、インタラクションおよびディスプレイのためのソフトモルフォロジー設計に関するワークショップ、2017年9月24日、バンクーバー、BC、カナダ
2016年第1回ソフトロボティクスチャレンジ、4月29-30日、リボルノ、イタリア
2016年ソフトロボティクス週間、4月25-30日、リボルノ、イタリア
2015「ソフトロボティクス：アクショエーション、インテグレーション、アプリケーション – シアトル・ワシントン州シアトルのICRA2015でソフトロボティクス技術の飛躍を目指す研究視点の融合」
2014年ソフトロボティクス進歩に関するワークショップ、2014年ロボティクス・サイエンス・イン・システムズ（RSS）会議、カリフォルニア州バークレー、2014年7月13日
2013年7月14-19日、モンテベリタのソフトロボティクスと形態計算に関する国際ワークショップ
2012年6月18〜22日、チューリッヒのソフトロボティクスサマースクール
人気のある文化
2014年のディズニー映画「Big Hero 6」は、もともとヘルスケア業界で使用するために設計された柔らかいロボットBaymaxを中心に回転しました。 この映画では、Baymaxは、機械的骨格を取り巻く膨張したビニール製の外装を備えた、大規模ではない無神論的なロボットとして描かれています。 Baymaxのコンセプトの基礎は、カーネギーメロンのロボット工学研究所でのロボット工学者Chris Atkesonのような医療分野におけるソフトロボットの応用に関する現実の研究から来ています。
科学界
「古典的な」ロボット（工業、軍など）のいくつかの要素は、長い間、柔らかい、時には伸縮性のある材料で作られてきましたが、ロボットのアイデアは、 これは、古典的なロボット工学の新しいタイプのモデリング、およびわずかにしかなかった分野（特に高分子化学）に関連しています。 設計と施工の原則は概ね見直されるべきである。
2010年の初めに、国際的な科学技術コミュニティが、柔らかいロボットによって開かれた軌道を探索するというアイディアを集めました。
2012年10月から、研究コミュニティを調整することを使命とするソフトロボット（IEEE RASソフトロボティクス技術委員会）に特化したIEEE RAS技術委員会、
2014年以来、変形可能なロボット専用の新聞が3か月ごとに発行されています。
フランスではINRIAの研究チームが専門にしています。
革新
（フレキシブルロボットの修理を含む）満たすべき課題の1つは、柔軟で弾力性のある防水性のある接着剤を使用することです。 これはまさに起こりそうです：2017年中頃、学術物理学者は、硬質および/または軟質物質（電子部品を含む）をヒドロゲルに付着させることができる高弾性シアノアクリレート接着剤を実験室で生産することに成功しました特定の医療機器およびフレキシブルロボット）。 これにより、電池と電気回路が本当に伸縮性があり伸縮性があります。 シアノアクリレートは、有機成分（これは溶剤なしで、溶融物中で急速に拡散して脆くなるのを防ぐ）と結合している。 プレスの時に接着剤の硬化に数秒かかります29。弾性は2000％に達することができます。
2017年には、研究者は、モーターやメカニカルシステムなしで動くことができる最初のソフトロボットを開発することに成功しました。これは、メモリ合金を使用した革新であり、航空宇宙およびナノスケールの研究の可能性を広げます。