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理研ら、人工筋肉の実現につながるヒドロゲルを開発

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理研ら、人工筋肉の実現につながるヒドロゲルを開発

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理化学研究所(理研)と物質・材料研究機構(NIMS)の共同研究グループは、
互いに静電反発する無機ナノシートを平行に配向させ、これらを
ヒドロゲル(三次元のナノ網目構造を水で膨潤させたゼリー状物質)の中に閉じ込めることにより、
筋肉のように速く、大きく、方向性のある動きを繰り返すヒドロゲルの開発に成功したと発表しています。


ある種のヒドロゲルは、温度などの外部刺激に応答し、可逆的に収縮・膨潤することが知られています。
このようなヒドロゲルは、生体に似た、軟らかく、軽く、ウェットなアクチュエータとして注目されており、
人工筋肉などとしての応用が期待されています。

しかし、単純な収縮・膨潤に基づく従来のヒドロゲルアクチュエータは、外界との水の受授を伴う
体積変化を動力源としているため動作速度が遅く、動きに方向性がなく、また、水中での利用に限られ、
運動を繰り返すうちに容易に劣化するといった問題も抱えています。

研究グループは、互いに静電反発する無機ナノシートを平行に配向させ、
これらを刺激応答性のポリマーでできたヒドロゲルの中に埋め込むことにより、
従来とは全く異なる原理に基づくヒドロゲルアクチュエータを開発しています。

このヒドロゲルアクチュエータは、収縮・膨潤による体積変化ではなく、
ナノシート間の静電反発力の増減を動力源としています。
外界との水の受授を一切伴わないため、その動作は極めて速く、環境を選ばず、
何度でも繰り返すことができるとのこと。
さらに、ナノシートの配列方向を工夫することにより、決まった方向に歩行し続ける
生物のような運動を作り出すこともできるとしています。

Riken_NIMS_Hydrogel_walking_image.jpg

開発したヒドロゲルアクチュエータは、その動きの質と量において従来のヒドロゲルアクチュエータを
凌駕しており、さまざまな応用が期待されるとともに、人工筋肉の実現という夢へ近づく
大きな一歩となるとしています。

また、その動作原理は、ヒドロゲルに限らず一般の高分子アクチュエータの中でも前例がなく、
今後の関連研究に大きな影響を与えるもの。さらに、温度応答性ポリマーの脱水和・水和を、
誘電率のスイッチングに利用するというユニークな発想は、アクチュエータ以外のスマート材料にも
適応できる可能性を秘めているとのこと。

理化学研究所ニュースリリース
内部の静電反発力のオンオフだけで動くヒドロゲル
-速く、大きく、一方向性の運動を繰り返す、夢の人工筋肉の実現へ-


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