今日、ソフトロボット、医療機器、ウェアラブルデバイスは私たちの日常生活に当たり前のものとなっています。韓国科学技術研究院の研究者らは、イオン性ポリマー人工筋肉を使った流体スイッチを開発した。スイッチは超低電力で動作し、自重の 34 倍の力を生成します。流体スイッチは、流体の流れを特定の方向に向けてさまざまな動きを開始するように設計されています。

研究者らは、イオン性ポリマー人工筋肉を使用して、超低電力で動作し、重量の 34 倍の力を生成する軟質流体スイッチを開発しました。このブレークスルーは、狭い空間での流体の流れを正確に制御することにより、ソフトロボット工学、生物医学機器、マイクロ流体工学における潜在的な応用をもたらします。上の図は、超低電圧でソフト流体スイッチを使用して液滴を分離するプロセスを示しています。出典: KAIST ソフトロボティクスおよびスマートマテリアル研究室

韓国科学技術院（KAIST）（イ・グァンヒョン理事長）は1月4日、機械工学科のオ・イル・クォン教授らの研究チームが超低電圧で動作し、狭い空間でも使用できるソフト流体スイッチを開発したと発表した。

現代技術による人工筋肉

人工筋肉は人間の筋肉を模倣しており、従来のモーターと比較して柔軟で自然な動きを提供できます。これらは、ソフトロボット、医療機器、ウェアラブルデバイスの基本要素の 1 つです。これらの人工筋肉は、電気や気圧、温度変化などの外部刺激に応じて動きを生み出しますが、人工筋肉を活用するにはその動きを精密に制御する必要があります。

既存のモーターベースのスイッチは、その剛性と大きさにより、限られたスペースで使用することが困難です。これらの問題を解決するため、研究チームは、狭い配管内でも大きな力を発生させながら流体の流れを制御できる電子イオンソフトアクチュエータを開発し、ソフト流体スイッチとして利用した。

pS-COF は合成され、電気活性軟流体スイッチの共通電極 - 電解質ホストとして使用されました。 A) pS-COF の合成の概略図。 B) 電気化学的ソフトスイッチングの動作原理の概略図。 C) 動的動作における流体の流れを制御するための pS-COF ベースの電気化学的ソフト スイッチングの使用の概略図。出典: KAIST ソフトロボティクスおよびスマートマテリアル研究所。

研究チームが開発したイオン性ポリマー人工筋肉は、金属電極とイオン性ポリマーで構成され、通電されると力と運動を発生する。人工筋肉電極の表面上の有機分子で構成されるポリスルホン化共有結合性有機フレームワーク (pS-COF) は、超低電力 (~0.01 V) でその重量に比べて巨大な力を生成するために使用されます。

その結果、厚さ 180 ミクロンの髪の毛ほどの薄さの人工筋肉が誕生し、滑らかな動きを開始する際に、10 ミリグラムの軽量の 34 倍以上の力を生成します。その結果、チームはより低い電力で流体の流れの方向を正確に制御することができました。

研究を主導したIl Kwon Oh教授は、「超低電力で動作する電気化学ソフト流体スイッチは、流体制御ベースのソフトロボティクス、ソフトエレクトロニクス、マイクロ流体工学の分野に多くの可能性をもたらす可能性がある。スマートファイバーから生体医療機器に至るまで、この技術は日常生活の超小型電子システムに簡単に適用できるため、さまざまな産業環境ですぐに活用できる可能性がある」と述べた。