ハーバード大学の研究者がソフトロボット、スマート衣類向けの自己発電センサーを開発

ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学・応用科学スクール（SEAS）の研究者は、ソフトで伸縮性のある自己発電式温度計を開発し、スマートロボットや伸縮性電子機器に統合できる。

この研究は、米国科学アカデミー紀要に掲載された。

ジガン・スーは、SEASでアレン・E・パケットおよびマリリン・M・パケットの名を冠する機械・材料分野の教授職にあり、論文の上席著者である。

「高感度と迅速な応答時間を持つソフト温度センサーを開発し、ヘルスケア、エンジニアリング、エンターテインメント分野での新しい人間と機械のインターフェースとソフトロボットの創造につながる」とスーは述べた。

温度計の構造

温度計は3つの部分で構成される：電解質、電極、電解質と電極を分離する誘電体材料である。電解質/誘電体界面ではイオンが蓄積され、誘電体/電極界面では電子が蓄積される。

これら2つの間に電荷の不均衡が生じ、電解質内にイオン雲が形成される。このイオン雲は、温度の変化に応じて厚みが変化し、電圧が生成される。電圧は温度に敏感だが、伸縮には敏感ではない。

センサーのカスタマイズ

イェチェン・ワンは、SEASのポスドク研究員で、論文の第一著者である。

「デザインが非常にシンプルなので、用途に応じてさまざまな方法でセンサーをカスタマイズできる」とワンは述べた。「さまざまな材料を選択し、異なる方法で配置し、異なるタスクに最適化できる」。

研究者は、電解質、誘電体、電極を異なる構成で配置し、温度センサーの4つのデザインを作成した。ソフトグリッパーにセンサーを統合し、熱いハードボイルドエッグの温度を測定することでテストを行った。センサーは従来の熱電式温度計よりも感度が高く、10ミリ秒以内に温度の変化に応答した。

「これらのセンサーは小さく、安定しており、さらには透明にすることもできる」とワンは述べた。

温度計は、使用される材料によって、200度セルシウスまでの高温または-100度セルシウスまでの低温を測定できる。

「この高くカスタマイズ可能なプラットフォームは、あらゆるものとすべての人をつなぐインターネットを可能にし、改善するための新しい開発につながる可能性がある」とスーは述べた。