（国）理化学研究所と（国）物質・材料研究機構、東京大学は8月11日、ナノ構造のシート同士の静電反発力を使った動力源を、ゼリー状物質のヒドロゲルの中に閉じ込め、温度の変化で全体が筋肉のように速く動く新たな動作原理による駆動装置（アクチュエーター）を開発したと発表した。現在のロボットに使われる金属製とは違って、軟らかく、軽く、ウエットで生体に似た性質をもつため、将来の人工筋肉への応用が期待されている。

 

■“人工筋肉”の応用へ一歩

 

　共同研究を進めたのは理化学研究所創発物性科学研究センターの相田卓三グループディレクター（東京大学大学院教授）、（国）物質・材料研究機構（NIMS）国際ナノアーキテクトニクス研究拠点の佐々木高義フェローら。

　ヒドロゲルは、ナノサイズ（ナノは10億分の1）の網目構造の中に水分子が閉じ込められたゼリー状物質で、身近なものでは寒天やコンニャクなどがある。従来のヒドロゲルアクチュエーターは、外部刺激に応答するゼリー状のポリマーが、外界との水のやり取りを行い、それによる体積変化を動力源としており、動作速度が遅く、動きに方向性がなく、水中での利用に限られ、容易に劣化するといった問題を抱えていた。

　共同研究グループは、となり同士で静電反発力が働くように作った無機ナノシートを、ヒドロゲルの中に埋め込み、水分子の脱着ができるようにした。水分子をポリマーに付けたり離したりすると、誘電率が変化し、ナノシート間の静電反発力も増減することでヒドロゲル全体が伸縮する。

　スイッチの役目は温度。50℃の加熱で、ポリマーの水分子は外れ、ナノシート間の静電反発力が増して、１秒間に1.7倍伸長した。逆に15℃に冷却すると、水分子がついて反発力は減少し、1秒以内に元の長さに収縮した。加熱、冷却を繰り返すことで何度も伸縮できる。また、このヒドロゲルアクチュエーターは、外界との水の授受なしに変形するため、空気中や植物油などさまざまな環境での動作が可能という。

　こうした静電反発力を動力源に利用したのは世界でも初めてで、さらにひと工夫することで決まった方向に歩行し続ける動力源にもできるとしている。

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