蒸気暴露によりソフトアクチュエータは多様なタスクを実行可能

サウジアラビアのキング・アブドラ科学技術大学（KAUST）の科学者らは、化学蒸気にさらされるとビー玉大のボールを拾い上げたり落としたりできる小型の「クレーンゲーム」を開発した。

調査結果によると、 出版された 7月12日のジャーナル 化学は、機械を動かす部品であるソフトアクチュエーターが、追加の高価な材料を必要とせずに複数のタスクを実行できるようにする技術を示しています。

既存のソフトアクチュエータは、1種類の動きに制限された「ワントリックポニー」である可能性があるが、この新しい複合フィルムは、 蒸気 それがさらされるもの。

「分子の相互作用に応じて曲げたり伸ばしたりすることができ、このサイズの範囲では非常に高度な技術です」と、著者でKAUSTの化学教授であるニヴィーン・M・カシャブ氏は言う。

「私たちの研究結果が、さまざまな環境で正確かつ適応性のある動きができる高度なソフトロボットシステムの開発に利用されることを期待しています」と彼女は述べ、このシステムが次のような用途に利用できることを示唆している。 医療機器、産業オートメーション、温度、空気の質、湿度を測定するために使用されるツール。

クレーンマシンの複数のタスク実行能力をテストするため、研究者らはまずクレーンマシンをアセトンにさらした。この蒸気の存在下で、この装置は赤い綿球をつかみ、箱の中に落とせるように伸びた。研究チームがこの装置をエタノール蒸気にさらすと、綿球をつかんで箱から取り出した。

金属や丈夫なプラスチックで作られる「ハードロボット」の剛性アクチュエータとは異なり、ソフトアクチュエータは柔軟性があり、剛性アクチュエータでは実行できないさまざまなタスクを実行できます。

その結果、ソフトアクチュエータは、精密農業、深海探査、ウェアラブルデバイスなどの最先端のアプリケーションに最適なテクノロジーとなっています。

しかし ソフトアクチュエータ まだ限界があります。曲げたり、ねじったり、伸ばしたりすることはできますが、1 つのアクチュエータが複数の方法で動くことはできないため、より複雑なタスクを実行してさらに幅広い用途に活用することはできません。

研究者たちは最近、デバイスの動作範囲を広げるためにアクチュエータの設計を実験していますが、これらの戦略の多くは異なる材料を組み合わせることを伴うため、コストがかかり、製造が困難になるだけでなく、機械的な故障のリスクも高まります。

この課題を克服するために、カシャブ氏とその同僚は、有機化合物尿素を含む分子ケージを含むポリマーマトリックスから作られたクレーンゲームマシンを開発した。

研究者らがケージに尿素を選んだのは、この化合物が複数の 水素結合尿素分子は蒸気中の異なる分子にさらされると急速に再構成されます。その結果、材料の特性を正確に制御でき、カスタマイズが容易になります。

この研究結果は、この機械の材料は「蒸気刺激の種類と濃度を慎重に制御することで、複雑な動きを実現するように効果的にプログラムできる」ことを示唆していると、著者らは書いている。

「最も注目すべき発見は、ソフトアクチュエータが「湾曲、伸張、復元」を含む複雑な動作を実行するという、これまで報告されていなかったユニークな作動動作でした」とカシャブ氏は言う。

次に、カシャブ氏と同僚は、クレーンゲームのエネルギー密度とエネルギー変換効率を研究し、その性能を向上させる予定だと彼女は言う。また、クレーンゲームがエネルギーを生成する能力もテストする予定だ。 電気信号 ソフトアクチュエーターを、 電荷最終的には、柔軟なウェアラブル電子機器の開発を目指しているとカシャブ氏は言う。