自律型マイクロペットロボットの完全な技術文書。生体機械アーキテクチャ、先進材料、受動歩行キネマティクス、および工学コンセプトアート。
Maxは、丸くてずんぐりしたオリーブグリーンの有機的生物のような外観を持つ、12cmの自律型マイクロペットロボットです。大きな黒い球状の目と2本の細く湾曲したアンテナが特徴です。シリコン皮膚の下には、3Dプリントされた内骨格、ニティノール人工筋肉、そして遠隔AI連携の頭脳が隠されています。
前屈みの姿勢、受動的歩行キネマティクス、顔の微細な表情変化。すべての動きは、機械的ではなく、自然で生命感があるように設計されています。
搭載されたESP32-S3がローカルのセンシングと反射を管理し、高度な推論はWi-Fi経由でサーバーへオフロードされる「共生型ホスト」アーキテクチャを採用しています。
ギヤモーターは一切使用していません。すべての運動は人工筋肉(ニティノール、LCE)と圧電モータによって生成され、可聴機械ノイズはゼロです。
危険や45N以上の圧力を感知すると、ER流体が固化して筋肉が弛緩し、Maxはグニャリと倒れ込みます。死んだふりをする動物を模倣しています。
リチウム硫黄(Li-S)1200 mAh電池 rechargeable par induction Qi. Max revient instinctivement vers son « nid » de recharge quand l'énergie est basse.
シリコン皮膚内の16個の電極により、2〜3mmの解像度で全身の触覚検知が可能です。Maxは撫でられていることを「感じ」ます。
AIによって生成された6つの技術イラスト。エンジニアリングブループリントからシネマティックポートレートまで、Maxのあらゆる角度を網羅しています。
内骨格、ニティノール筋肉、バッテリー、ESP32-S3
ボールジョイント、ニティノール、ダイニーマ、MEP — 特許スタイル
70°Cから25°Cへの熱勾配:筋肉 → 銅編組 → アンテナ
前屈み姿勢、タングステン振子、圧電モータ
6つのサブアセンブリ:頭部、頸部、体幹、骨盤、脚部
生命感あるMax:CMOSカメラの目、可動アンテナ、アンバー皮膚
チタン製頭蓋骨、25µm連動可動眼、h-BNヘリカルネック
劣駆動3本指の手、ダイニーマ腱、50µmニティノール筋肉
圧電カム、回転モータ、15gタングステン振子、シリコン脚
前屈みPLA骨格、チタン頭蓋骨、ニティノール筋肉、h-BNスリーブ
丸くてずんぐりしたオリーブグリーンの外観の下で、Maxは中心の剛性内骨格から表面の触覚皮膚まで、同心円状のレイヤー構造で構築されています。
Maxは、それぞれ特定の運動に合わせて最適化された6種類の異なる駆動技術を組み合わせたハイブリッド・アーキテクチャを採用しています。
| 技術名 | Force | 速度 | 静音性 | 効率 | 質量 | 熱発生 | Maxでの用途 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nitinol SMA (50µm) | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★☆☆☆☆ | ★★★★☆ | ★☆☆☆☆ | 主要筋肉 |
| SMA Bimorph (10mg) | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | 微細表情 |
| LCE (Élastomère LC) | ★★☆☆☆ | ★☆☆☆☆ | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | 疑似呼吸 |
| MSMA (Magnétique) | ★★★☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★★★ | アンテナ駆動 (>50 Hz) |
| DEA (Diélectrique) | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★★★ | 皮膚の振動 |
| Piézo Rotatif | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★☆☆ | ★★★★★ | 歩行モータ |
| Fluide ER | N/A (blocage) | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | PADロック |
窒化ホウ素(h-BN)を充填したシリコンは、LMPEに代わる安全で現実的な代替手段です。電気的に完全な絶縁体であり(短絡リスクゼロ)、化学的に不活性(銅を腐食しない)で、1.5〜3 W/m·Kという優れた熱伝導率を提供します。
Maxは、偏心カムによる骨盤ロールと連結した倒立振子モデルを使用して歩行します。人間の歩行にインスパイアされた、高効率でエネルギー消費の少ないシステムです。
脚は重力によって自然にスイングします。2.66 Hzの固有振動数は、脚の長さ(35mm)と重力加速度によって決定されます。
静音の回転式圧電モータが偏心カムシャフト(3mmオフセット)を駆動し、タングステン振子にエネルギーを伝達して、歩行用の骨盤ロールを発生させます。
シミュレーションの結果、歩行コスト(歩行コスト (CoT))が0.1という極めて低い値で安定した歩行を示しました。これは、既存のほとんどの二足歩行ロボットより効率的です。
Maxの頭脳はESP32-S3であり、CM824ドライバを介して筋肉を制御し、I²CおよびSPI通信で各センサの値を読み取り、Wi-Fiでホストと同期します。
graph LR
subgraph Power["⚡ 電源系統"]
BAT["🔋 Li-S 3.7V"]
DCDC["DC-DC 5V"]
LDO["LDO 3.3V"]
end
subgraph Brain["🧠 頭脳ユニット"]
ESP["ESP32-S3"]
CM824["CM824 Driver"]
end
subgraph Sensors["👁️ センサ群"]
CAM["CMOSカメラ ×2"]
MIC["MEMSマイク ×2"]
IMU["6軸IMU"]
EIT["16電極EIT"]
TOF["VL53L0X ToF"]
end
subgraph Actuators["💪 アクチュエータ群"]
NECK["首用SMA線 ×4"]
HIP["股関節用SMA線 ×4"]
FACE["顔面用SMA線 ×6"]
PIEZO["回転型圧電"]
ER["ER流体デバイス ×2"]
MEP["MEP ×2"]
end
BAT --> DCDC --> LDO --> ESP
BAT --> CM824
ESP -->|"I²C"| IMU
ESP -->|"I²C"| EIT
ESP -->|"I²C"| TOF
ESP -->|"SPI"| CAM
ESP -->|"ADC"| MIC
ESP -->|"SMA_CTRL"| CM824
CM824 --> NECK
CM824 --> HIP
CM824 --> FACE
ESP -->|"GPIO"| PIEZO
ESP -->|"GPIO"| ER
ESP -->|"GPIO"| MEP
| ch | 制御対象 | 線径 | 部位 |
|---|---|---|---|
| CH1 | 首 — 前方屈曲 | Nitinol 50µm | 頸部 |
| CH2 | 首 — 後方伸展 | Nitinol 50µm | 頸部 |
| CH3 | 左股関節 — 屈曲 | Nitinol 75µm | 左脚 |
| CH4 | 左股関節 — 伸展 | Nitinol 75µm | 左脚 |
| CH5 | 右股関節 — 屈曲 | Nitinol 75µm | 右脚 |
| CH6 | 右股関節 — 伸展 | Nitinol 75µm | 右脚 |
| CH7 | 顔 — 表情A | SMA Bimorph | 頭部 |
| CH8 | 顔 — 表情B | SMA Bimorph | 頭部 |
ニティノール筋肉のジュール熱は、断熱性の高いシリコン皮膚の内部に蓄積します。多層構成の熱放散システムが、この熱エネルギーを内部からアンテナへと効率よく逃がします。
graph LR
A["🔥 Nitinol 70°C"] -->|"Contact"| B["🟢 Gaine Silicone/h-BN"]
B -->|"Conduction"| C["🟠 Tresses Cuivre"]
C -->|"Conduction"| D["⚪ Crâne Titane"]
D -->|"Caloducs"| E["🔵 アンテナ駆動 Méthanol 25°C"]
F["💨 Canaux Ventilation"] -->|"Convection"| C
style A fill:#cc3333,stroke:#ff4444,color:#fff
style B fill:#338833,stroke:#44aa44,color:#fff
style C fill:#cc8833,stroke:#ddaa44,color:#fff
style D fill:#888888,stroke:#aaaaaa,color:#fff
style E fill:#3366cc,stroke:#4488ee,color:#fff
style F fill:#33aacc,stroke:#44ccee,color:#fff
Qiワイヤレス充電に対応した高密度リチウム硫黄(Li-S)バッテリー。3パターンの動作モードで、3.4〜24時間の稼働が可能です。
V1プロトタイプは、3D印刷した内骨格から始まり、ファームウェアの書き込みまで、内側から外側へ12ステップで構築されます。
前屈み形状の脊椎、頭蓋骨ベース、および脚骨のFDM印刷。~5gの材料。
真鍮製ボールジョイント(首、股関節)および骨盤の偏心カムを取り付けます。
骨盤内部のタングステン振子の上部に、1200 mAhバッテリーセルを配置します。
DC-DC昇圧器、3.3V LDO、Qi受電コイルを接続し、電圧(3.3V, 3.7V, 5V)を確認します。
モジュールをフレキシブル基板(Flex PCB)に固定し、チタン製の頭蓋骨の空洞内に配置します。
ドライバの8チャンネルを出力端子に半田付けし、ニティノール線のルーティングを準備します。
首用(50µm)および股関節用(75µm)のニティノール線を骨格に沿って配置し、h-BN充填シリコンスリーブに挿入します。
受動引き戻し用腱と、股関節のロック用電気永久磁石(MEP)クラッチを取り付けます。
各筋肉ゾーンからチタン製頭蓋骨(ヒートシンク)に向けて、皮下銅編組を配線します。
CMOSカメラ、MEMSマイク、IMU、ToF、および16個のEIT電極を所定の箇所に配置します。
雌型を用いて、オリーブグリーンに着色したEcoflex 00-30を全体の周囲に流し込みます。硬化時間:4時間。
USB-C経由でファームウェアをアップロードし、IMU、EITの閾値、およびCM824のセンサレス抵抗変化曲線を校正します。
V1プロトタイプ製作に必要な全57部品のリスト、質量、推定価格、および仕入先。
| 部品名 | 数量 | 質量 | Prix | 仕入先/入手元 |
|---|---|---|---|---|
| ⚡ 電子回路&制御 | ||||
| ESP32-S3-WROOM-1 (N8R8) | 1 | 1.5g | 4.50€ | Espressif / Mouser |
| CML CM824 SMA Driver (8ch) | 1 | 0.3g | 12.00€ | Cambridge Mechatronics |
| MPU-6050 6軸IMU | 1 | 0.1g | 2.50€ | InvenSense |
| AD5933 Impedance (EIT) | 1 | 0.1g | 8.00€ | Analog Devices |
| VL53L0X Time-of-Flight | 1 | 0.1g | 3.50€ | STMicroelectronics |
| TPS61200 DC-DC Boost | 1 | 0.2g | 2.00€ | Texas Instruments |
| MCP1700 LDO 3.3V | 1 | 0.1g | 0.50€ | Microchip |
| カスタム4層フレキシブル基板 | 1 | 0.8g | 15.00€ | JLCPCB Flex |
| 👁️ センサ群 | ||||
| OV2640 Micro-Caméra CMOS | 2 | 0.6g | 6.00€ | OmniVision |
| ICS-43434 Micro MEMS | 2 | 0.1g | 4.00€ | TDK InvenSense |
| EIT電極 (フレキシブル銅) | 16 | 0.32g | 1.60€ | Custom PCB |
| 💪 アクチュエータ群 | ||||
| 線径 Nitinol Flexinol 50µm (1m) | 2 | 0.2g | 16.00€ | Dynalloy |
| 線径 Nitinol Flexinol 75µm (1m) | 1 | 0.3g | 10.00€ | Dynalloy |
| SMA Bimorph 10mg (custom) | 6 | 0.06g | 30.00€ | Lab-fabricated |
| Moteur piézo rotatif | 1 | 1.2g | 45.00€ | PCBMotor ApS |
| MEP Micro-Embrayage | 2 | 1.0g | 30.00€ | Custom (NdFeB+AlNiCo) |
| 🦴 構造&機械部品 | ||||
| Crâne Titane (DMLS) | 1 | 3.0g | 80.00€ | Shapeways |
| PLA/PETG内骨格 | 1 | 5.0g | 2.00€ | ローカル3Dプリント |
| タングステン振子 ø16mm | 1 | 15.0g | 12.00€ | Midwest Tungsten |
| 偏心カム (ステンレス) | 1 | 1.0g | 5.00€ | Usinage CNC |
| 関節ボールジョイント (真鍮) | 5 | 2.0g | 10.00€ | MicroFasteners |
| 🧤 柔軟材料 | ||||
| Silicone RTV Ecoflex 00-30 | 1 | 18.0g | 15.00€ | Smooth-On |
| 線径 Dyneema 0.1mm (5m) | 1 | 0.2g | 5.00€ | Beadsmith |
| 銅編組線 0.5mm (2m) | 1 | 2.0g | 3.00€ | Électronique |
| 窒化ホウ素粉末 (h-BN) | 1 | 1.5g | 12.00€ | DIY (RTV + h-BN混合) |
| 🔋 効率 | ||||
| Batterie Li-S 1200mAh | 1 | 8.0g | 35.00€ | Oxis Energy |
| Qi受電コイル ø20mm | 1 | 1.5g | 4.00€ | Wurth Elektronik |
| 🌡️ 熱管理ユニット | ||||
| Heat-pipe méthanol ø2mm 30mm | 2 | 1.6g | 16.00€ | Celsia |
| TOTAL | 57 | 65.8g | 389.60€ | 質量予算:上限80g → 残りマージン14.2g ✅ |
熱管理、駆動時間、歩行キネマティクス、および質量割り当てを計算する「chimera_analyst.py v2」の実行結果の要約。
線径 Nitinol 50µm, courant 0.4A, impulsion 50ms @ 2Hz
倒立振子モデル、脚長35mm、質量80g
カテゴリ別配分比率
内部解剖、股関節バイオテンセグリティ、およびモジュール式分解図を網罗するインタラクティブな構造図。
graph TD
subgraph Head["🧠 頭部"]
A["Yeux CMOS ×2"]
B["MEMSマイク ×2"]
C["ESP32-S3 + CM824"]
D["アンテナ駆動 Caloducs"]
end
subgraph Neck["🦴 頸部"]
E["Rotule Atlanto-Occipitale"]
F["Nitinol 50µm ×4"]
end
subgraph Torso["🫁 Tronc"]
G["Endosquelette Cyphose"]
H["Tresses Cuivre"]
I["Ventilation Passive"]
end
subgraph Pelvis["⚖️ Bassin"]
J["Came Excentrique"]
K["Pendule Tungstène 15g"]
L["Batterie Li-S"]
M["Bobine Qi"]
end
subgraph Legs["🦿 Membres"]
N["Hanches Coxofémorales"]
O["Dyneema + MEP"]
P["Pieds Incurvés"]
Q["Peau Graphène"]
end
C -->|"PWM"| F
C -->|"Moteur"| J
J -->|"Came"| K
K -->|"Bascule CG"| P
Q -->|"Tactile"| C
H -->|"Thermique"| D
graph TD
subgraph M1["Module 1 : 頭部"]
M1A["Crâne Titane"]
M1B["アンテナ駆動 ×2"]
M1C["ESP32-S3"]
M1D["CM824"]
end
subgraph M2["Module 2 : 頸部"]
M2A["Rotule"]
M2B["Nitinol ×4"]
M2C["Gaine h-BN"]
end
subgraph M3["モジュール3:体幹"]
M3A["Squelette PLA"]
M3B["Cuivre"]
M3C["LCE ×2"]
M3D["EIT"]
end
subgraph M4["モジュール4:骨盤"]
M4A["Piézo + Came"]
M4B["Tungstène"]
M4C["Li-S + Qi"]
end
subgraph M5["Module 5 : 左脚"]
M5A["Hanche"]
M5B["Nitinol 75µm"]
M5C["ER Genou"]
end
subgraph M6["Module 6 : 右脚"]
M6A["Hanche"]
M6B["Nitinol 75µm"]
M6C["ER Genou"]
end
M1 ---|"Rotule + I²C"| M2
M2 ---|"Colonne + PWM"| M3
M3 ---|"Bassin + Power"| M4
M4 ---|"Hanche G"| M5
M4 ---|"Hanche D"| M6
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