やわらかいロボットが、自分を作ったプリンターの上を歩いて離れていく。エディンバラ大学のチームがこれを実演し、論文にまとめた。ソフトロボットの分野では長らく「聖杯（holy grail＝誰もが狙ってきた最終目標）」と呼ばれてきた場面だという。
仕掛けの中心にあるのは、プリンターの上下をひっくり返したことだ。材料を上から落として積むのではなく、下から上へ押し付けながら積む。それだけで、やわらかい素材を刷るときに立ちはだかっていた問題がまとめて消えた。
先に断っておくと、このロボットは電源も電子部品も持たない代わりに、空気のチューブにつながれている。完全に自立して歩き去るわけではない。ただ、つながっているのは圧力が一定の空気だけで、脚を順番に動かすリズムはロボット自身の体内で作られている。そこが面白いところだ。
型どりと手作業に依存してきた製造
やわらかいロボット——ソフトロボットは、金属の骨組みとモーターでできた従来のロボットと違い、樹脂やゴムのような変形する材料でできている。狭いすきまに潜り込めるし、ぶつかっても人や物を傷つけにくい。原子炉の廃炉作業や、体内で使う医療機器、宇宙探査といった場面が候補として挙がってきた。
ところが、作り方が長らく手工業のままだった。型に樹脂を流し込み、固まったものを人の手で貼り合わせる。この工程には熟練が要るうえ、同じものを何個も同じ品質で作るのが難しい。研究室ごとに手順もばらばらで、ある研究室で作れたものを別の研究室が再現できない。論文の著者らは、この「標準化された作り方がない」ことこそが、ソフトロボットが研究室から出られない最大の理由だと見ている。
3Dプリンターで丸ごと刷ってしまえばいい、という発想自体は以前からあった。実際、光造形やポリジェットといった高精度の方式では見事な成果が出ている。ただ、そうした機械は10万ドルを超えることも珍しくなく、置き場所も取り、台数も限られる。分野全体が広がっていく道具としては向いていない。
超柔軟素材が印刷を阻む二つの原因
そこで候補になるのが、家庭用でもおなじみのFDM方式だ。細い樹脂の線材（フィラメント）を加熱したノズルから押し出し、線を重ねて形にする。安く、速く、その場で刷れる。
ただし、やわらかい材料を扱うとたちまち破綻する。論文が「超柔軟」と定義しているのは、ショア硬度80A以下のTPU（熱可塑性ポリウレタン、伸び縮みするやわらかい樹脂）だ。実験で主に使われたのは63Aという、市販品の中でもいちばんやわらかい部類のフィラメントである。
問題は二つある。ひとつは押し出すときの座屈（ざくつ）だ。細い柱を上から押すと、途中で横にたわんで折れ曲がる現象で、論文はこれを「糸を押し込もうとするようなもの」と表現している。線材が横に逃げてしまい、押し出しが不安定になったり、送り出しの歯車に巻き付いて詰まったりする。
もうひとつは垂れだ。押し出された直後のTPUは、冷えて固まるまでのあいだ重力で下にたれる。とくに困るのが、支えのない水平な部分——橋のように渡した部分を刷るときで、垂れた線どうしが互いにくっつかず、隙間が残る。空気で動くロボットは、内部の通路が空気を漏らさないことが大前提なので、この隙間は致命的になる。
太い線材による座屈の抑制
座屈のほうは、線材を太くすることで片づいた。一般的な直径1.75mmではなく、2.85mmのものに切り替えたのだ。
効き目は理屈のうえでもはっきりしている。柱が座屈せずに耐えられる荷重は、直径の4乗に比例する。2.85と1.75の比を4乗すると約7.03。つまり、太さを1.6倍にしただけで、座屈しにくさは約7倍になる計算だ。同じ送り機構でも、より強い力で押し込めるようになる。
実際の運用データも添えられている。2台の機械を12か月にわたってほぼ休みなく動かして、詰まりが起きたのは3回だけ。しかも、そのいずれでも線材が歯車に巻き付くことはなかったという。設定が多少ずれていても許容されるようになり、扱うのに必要な熟練の度合いが下がった。
印刷方向の反転という解法
垂れのほうは、もっと大胆な手で解決している。プリンターの上下を反転させたのだ。
ふつうのFDMプリンターは、下にある造形台に向かってノズルが樹脂を落としていく。Flex Printer と名付けられたこの機械では、逆にノズルが上に向かって樹脂を押し上げ、上にある造形台に貼り付けていく。造形物は台からぶら下がった状態で育っていく。
こうすると重力の働き方が裏返る。上から積むときの重力は、まだやわらかい樹脂を下へ引っぱって垂らす方向に働いていた。下から積むと、同じ重力が「新しい層を、ひとつ前の層に押し付ける」方向に働く。層どうしがしっかり融着し、垂れが起きない。
上の図の右側のように積むと、これまで刷れなかった形が刷れるようになる。薄い縦の膜がその典型だ。ふつうの向きだと、薄い壁は自分の重さで押しつぶされる方向に力を受けて座屈する。反転させると同じ重さが下に引っぱる力になり、膜がぴんと張った状態で積み上がっていく。論文では、造形できる高さいっぱいの118mmまで薄い膜を立てて見せている。空気を漏らさない薄い膜は、空気で動くロボットの心臓部そのものなので、これが刷れるかどうかは大きい。
ちなみに、上下反転のFDMプリント自体はこの研究が初めてではない。オープンソースの Positron というプロジェクトが先に広めていた手法である。この論文の新しさは、それを「超柔軟な材料」に持ち込んだ点にある。
「エアロサポート」と呼ばれる細い支柱
反転させたことで、もうひとつ副産物が生まれた。造形物を支える柱の作り方が変わったのだ。
3Dプリントでは、宙に浮く部分を支えるためにサポート材を一緒に刷り、あとで取り除く。ところがTPUのサポート材は本体と融着してしまいやすく、きれいにはがすのが難しかった。
反転印刷では、造形物が引っぱられる側になるため、ノズルの線幅1〜3本ぶんという細い柱を何本も立てるだけで全体を支えられる。チームはこれを「エアロサポート」と呼んでいる。細いので取り除きやすく、印刷時間と材料の節約にもなる。
そして肝心なのは、この細い柱が造形物を縦方向にしか押さえていないことだ。横には自由。この性質が、あとで効いてくる。
本体に刷り込まれた空気の制御回路
実演に使われたのは、全長67mmの4本脚ロボットだ。エディンバラ大学は「手のひらサイズ」と説明している。公開写真ではゼムクリップと並べて大きさを示している。
脚の動かし方は、先行研究の設計を踏襲している。1本の脚につき、横に振るための作動部（アクチュエーター）が2つと、脚を持ち上げるための作動部が1つ。空気を送り込むと膨らんで動く仕組みだ。
面白いのは、それらを動かす順番をどこで決めているかである。ロボットの中核には、空気だけで動く「リング発振器」が刷り込まれている。電子回路でいうリング発振器は、否定回路を輪のようにつないで自動的に振動を起こさせるものだが、これを空気の通路と薄い膜で作り直したものが体内にある。外から入ってくるのは圧力が一定の空気だけで、この回路がそれを3つの位相にずれた脈に変換し、脚が順番に動いていく。
だから、このロボットには電子部品もモーターも入っていない。論文が誇るのは「部品表が1行しかない」ことだ。書かれているのは、やわらかいTPUフィラメント、それだけである。部品が1種類しかないので、調達で困りにくく、故障する箇所も減る。使い終わったら砕いて新しいフィラメントに戻せる可能性もある、と著者らは書いている。
プリンターから歩き出すまでの手順
実演の流れを、論文の記述どおりに追ってみる。
まず、8時間52分の連続運転でロボットを1回で刷り上げる。この時点でロボットは造形台からぶら下がった、上下逆さまの状態にある。
次に、空気を送り込む口を接続する。ここでチームは、細いエアロサポートをうっかり外してしまわないよう慎重に作業したと書いている。支柱を外してしまえば「機械から歩き出した」とは言えなくなるからだ。ロボットは造形台にぶら下がったまま接続されなければならない。
接続する空気の圧力は2.25バール。乗用車のタイヤに入れる空気がだいたい2.2〜2.5バールなので、それと同じくらいの圧力だと思えばいい。
そして、印刷が終わると自動で造形台が本体から外れ、上下がひっくり返って正立する仕組みを別に用意してある。ここで初めてロボットは足を下にした姿勢になる。あとは体内の発振器が脈を刻みはじめ、ロボットは細い支柱から自分の脚で抜け出して、造形台の上を歩いて去っていく。組み立て工程はどこにもない。
500ドルを下回る装置と公開された設計データ
この機械の値段が、もうひとつの主張だ。
Flex Printer は市販部品を組み合わせて作れて、論文は「500ドル未満」、大学の発表は「400ポンド未満」としている。骨格はオープンソースの小型プリンター Voron0 を下敷きにしており、本体は42×23×23cm、造形できる範囲は12×12×12cmと小さい。加熱式の造形台は積んでいない。TPUがPEI（ポリエーテルイミド）のシートによく食いつくので、逆さまに刷っても落ちてこないためだ。部品が減るぶん、組み立ても簡単になる。
論文の比較表によれば、最先端の専用機は10万ドルを超え、各研究室が改造して使ってきた卓上機でも500〜3000ドルかかっていた。そこに500ドルを切る標準機を置きたい、というのがチームの狙いである。初めて触る人でも数日で組み立てて、ロボットを刷りはじめられるとしている。
設計データはすべて公開されている。しかも、置き場所は自分たちの研究室ではなく、IEEEのソフトロボティクス技術委員会が運営するフォーラムのGitHubリポジトリに置いた。特定の研究グループのものではなく、コミュニティ全体のものにしたい、という意図からだという。空気で動く部品を再利用できる形で持ち寄る「流体機械の図鑑（Bestiary of Fluidic Machines）」という別のリポジトリも用意されている。
解釈上の留意点
いくつか、押さえておきたいところがある。
まず、このロボットは自律していない。空気のチューブにつながれた状態でしか動かず、線を抜けば止まる。「プリンターから歩いて出てくる」という見出しはそこを省いており、実際、元記事のコメント欄でも読者から同じ指摘が出ている。論文が主張しているのは「印刷直後に、自分を作った機械の造形台から自力で歩いて離れられた」という一点で、それ以上ではない。
次に、量産できるのは装置と手法の話であって、製品の話ではない。作られたロボットは能力を示すための実演機であり、具体的な用途はまだ定まっていない。廃炉、医療、宇宙といった応用先は、著者らが挙げる可能性であって、実証されたものではない。
「世界初」という表現についても、範囲を確認しておきたい。丸ごと一体で刷った歩行ロボット自体は、これ以前に2つの発表例がある。この研究が初めてと主張しているのは、あくまで「自分を作った機械から自力で歩き出す」という条件を満たした点だ。
最後に、著者らは論文の中で、スコットランドに登記されたスタートアップ Fluidic Logic Ltd. と関係があることを利益相反として申告している。研究資金はEPSRC（英国工学・物理科学研究会議）から出ている。
それでも、やわらかい素材が刷れない理由が「垂れ」なら、垂れない向きに刷ればいい——この単純な着想が実際に効いてしまった、というのは気持ちのいい話だ。しかも装置は500ドルで、設計図は誰でも落とせる。研究室の外にいる人が試せる場所まで下りてきている点は、この研究のいちばん実用的なところかもしれない。
出典
論文：Maks Gepner, Jonah Mack, Adam A. Stokes「A standardised platform for translational advances in fluidic soft systems」Device 3巻8号 100800（2025年8月15日号／オンライン先行公開 2025年5月13日）DOI: 10.1016/j.device.2025.100800
査読前の原稿（プレプリント）は全文が無料で読める：arXiv:2502.10547
エディンバラ大学プレスリリース「World first soft robots walk off machine that makes them」（2025年5月26日）
New Atlas「Robot is 3D-printed upside-down in one piece, then walks out of the printer」（2025年5月28日）
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