研究者が自己推進型の人工繊毛を開発

ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学・応用科学学校（SEAS）の研究者は、自己推進型でプログラム可能な人工繊毛を成功的に開発しました。この新しい進歩は、科学者がミニチュアロボットシステム用の小さな人工繊毛を設計しようとした年々の結果です。人工繊毛は、ロボットシステムが非常に複雑な動きを実行するのを助けることができます。例えば、曲げ、ねじり、逆転ができます。

この研究は、ネイチャーに掲載されています。

マイクロ構造の構築

伝統的に、マイクロ構造の構築には、複雑な動きを作るために多段階の加工プロセスとさまざまな刺激が必要でした。これにより、その応用範囲が制限されました。

新しく開発されたマイクロスケール構造は、ソフトロボティクス、生体適合性のある医療機器、動的情報暗号化などの多くの用途で使用できます。

ジョアンナ・アイゼンバーグは、SEASの材料科学のアーミー・スミス・バーソンソン教授であり、化学および化学生物学の教授でもあります。また、彼女は論文の筆頭著者でもあります。

「自己調整可能な材料の革新は、プログラム可能な動きの幅広いセットを実現するもので、科学者やエンジニアの間で非常に活発な分野となっています」とアイゼンバーグは述べました。「この分野で達成された進歩は、ロボティクス、医療、情報技術など、さまざまな用途での材料やデバイスの設計に大きな影響を与える可能性があります」

構造を再構成して推進する

以前の研究では、複雑な多成分材料を使用してこれらのシステムの構造要素を実現しましたが、新しいチームは、単一の材料で構成されるマイクロ構造の柱を設計しました。この単一の材料は、光応答性の液晶エラストマーであり、構築ブロックを再配置し、構造を変形させることができます。

形状の変化が発生すると、最初に起こることは、光が当たった場所が透明になることです。これにより、光が材料の内部に深く浸透し、さらに多くの変形を引き起こすことができます。その後、材料が変形し、形状が変わり、新しいスポットが柱に露出して変形します。

このプロセスにより、マイクロ構造がサイクル状の動きで推進されます。

シューコン・リーは、ハーバード大学の化学および化学生物学科の大学院生であり、論文の共同筆頭著者でもあります。

「内部と外部のフィードバックループにより、自己調整可能な材料が得られます。光を点けると、すべての作業を自分で行います」とリーは述べました。

材料は、光が消えたときに元の形に戻ります。材料がねじり、形状を変えることができるため、最も単純な構造でも、無限の可能性で再構成および調整できます。

マイケル・M・ラーチは、アイゼンバーグ研究所のポスドク研究員であり、論文の共同筆頭著者でもあります。

「光の角度、光の強度、分子の配置、マイクロ構造の幾何学、温度、照射間隔、照射時間などのパラメータを調整することで、このダイナミックなダンスの振付をプログラムできることを示しました」とラーチは述べました。

チームはまた、柱が配列の一部として互いにどのように相互作用するかを実証しました。

「これらの柱が集団化されると、非常に複雑な方法で相互作用します。各変形する柱は、変形プロセス中に変化する影を隣接する柱に投影します」とリーは述べました。「これらの影の自己露出がどのように変化し、動的に相互作用するかをプログラムすることは、動的情報暗号化などの用途に役立つ可能性があります」

「個別および集団の動きの広い設計空間は、ソフトロボティクス、ミクロウォーカー、センサー、ロバストな情報暗号化システムにとって変革的な可能性があります」とアイゼンバーグは述べました。

この研究には、ジェームズ・T・ウォーターズ、ボレイ・デン、リース・S・マーティンズ、ユーシン・ヤオ、ド・ユン・キム、カティア・ベルトルディ、エリソン・グリンタル、アナ・C・バラーズも共同著者として参加しました。