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ハエの脚裏を模した安価な接着構造を開発―垂直な壁を登れるロボットが可能に:物質・材料研究機構ほか

(2020年6月11日発表)

キイロショウジョウバエの脚先の拡大
(電子顕微鏡写真)。水色部分が「ハエ型」
(脚裏のヘラ状接着性剛毛)の接着構造。
(提供:北海道教育大学 木村賢一教授)

 (国)物質・材料研究機構は611日、北海道教育大学、浜松医科大学と共同で昆虫のハエの脚裏の構造を参考にして、接着したり離れたりの着脱が繰り返し可能な新しい方式の低コストな接着構造を開発したと発表した。ロボットの脚に付ければ虫のように垂直な壁を登らせることができるようになるといっている。

 製品の多くはこれまで丈夫なものを目指して作られてきた。それが循環型社会の到来で強さだけではなく分解や繰り返し使用の容易な設計が求められるようになり、新しい接着技術の一領域として生物に学ぶバイオミメティクスと呼ばれる生物模倣技術が注目され、高機能の接着技術が開発されている。しかし、価格が高くなるという課題を抱えている。

 研究グループは、ハエの脚裏の接着構造を模して繰り返し着脱できるシンプルな構造を低コストで実現した。

 ハエやハムシなどは色々な表面を垂直にも逆さまにも歩くことができる。これらの昆虫の脚裏には接着性に優れた毛が生えていて、その毛を迅速にくっつけたり剥がしたりして歩いている。その仕組みは接着の開発モデルとして知られ、毛の形は色々あるが、キイロショウジョウバエの脚裏の「ヘラ状接着性剛毛」という毛に着目した。ヘラ状とは、厚さが薄い扁平な板状をさし、そのシンプルな形状の接着構造が成長していく形成プロセスを先端技術で観察した。

 その結果、脚裏のヘラ状接着性剛毛は、人間の髪の毛の伸び方とは違う伸び方をしていることを発見、そのヘラ構造を人工的にナイロン繊維を骨組みにして作ることを試み、僅か2ステップの単純なプロセスで形成することに成功した。

 さらに、作成した接着構造は、昆虫と同様に力をかける方向により強い接着力を示したり簡単に分離させたりできることを確認した。

 実験では、わずか1本で52.8gのシリコンウエハを持ち上げており、「756本(9㎠)で60kgの人間がぶら下がれる」といっている。

 研究グループは「ロボットの脚部に応用すると昆虫のように3次元に歩いて移動することを実現できる」と見ており、今後多様な環境での使用を可能にする研究を推進していく計画にしている。