海洋ウニにインスパイアされた水駆動型ソフトロボットの開発

ポステック（POSTECH）の機械工学部の研究チームは、水駆動型自己運転ソフトアクチュエーターを開発し、これは従来のソフトアクチュエーターよりも速く、強力です。このチームは、金東成（Dong Sung Kim）教授、Andrew Choi博士、韓恵石（Hyeonseok Han）によって率いられました。

この研究は、Journal of Materials Chemistry Aに掲載されました。

MCTと海洋ウニ

この新しい開発は、海洋ウニの可変コラーゲン組織（MCT）にインスパイアされています。海洋ウニの体はMCTで構成されており、周囲の環境に応じて硬化または軟化することができます。海洋ウニの弾性率は、わずか数秒で10倍まで変化することができ、これにより、狭い隙間を通過したり、捕食者に脅威を与えるために膨張することができます。これは、コラーゲン組織内の水素結合の形成または破壊を制御することで実現されます。

アクチュエーターは、剛体であり、電気信号の変化によって物理状態を変えることができます。モーターまたはスイッチと同様です。一方、ソフトアクチュエーターは、水に反応してエネルギー源として使用することができます。自由な動きが必要なソフトロボティクスでは、ソフトアクチュエーターが役立つことがあります。ただし、既存のソフトアクチュエーターは、しばしば脆弱で遅いため、効果的に適用することはできません。

従来のソフトアクチュエーターを上回る

研究者たちは、海洋ウニのMCTにインスパイアされて、水と反応して自由に形状を変えることができるアクチュエーターを開発しました。バルクPNIPAAmハイドロゲルに基づいてプログラム可能なアクチュエーターを開発し、極めて柔軟性の高いアクチュエーターを実現しました。これは、水をエネルギー源として使用する従来のソフトアクチュエーターと比較して、200倍のアクチュエーション力と300倍の速度を実現しました。さらに、80度セルシウスの水でもエネルギー源として使用することができます。

さまざまなテストを通じて、アクチュエーターは、300％の引張変形に耐えることができ、元の形状を回復することができました。

研究チームによると、このアクチュエーターは、産業や生物医学分野など、さまざまな分野で使用することができます。特に、人間の腕のように動作するグリッパーや材料を持ち上げるロボット、傷を閉じる人工指など、産業ロボットにも大きな違いをもたらすことができます。

「ソフトロボットは、湿気に触れると活性化し、さまざまな環境に簡単に適応できる柔軟性と変形性を持っています」と金東成教授は説明しています。「この新しく開発されたハイドロゲルアクチュエーターは、非常に強力で、迅速に動作し、化学エネルギーを使用して電気のない場所でも動作することができます。」

この研究は、科学技術情報通信部と韓国研究振興財団の支援を受けた中期研究者プログラムとコアテクノロジー生物医工学開発プログラム、および産業通商資源部の支援を受けたアルケミストプロジェクトによって資金提供されました。