Research press release


Nature Communications

Bioengineering: Evaporation generates electricity and powers locomotion


蒸発は、いたるところで見られる現象で、地球の気候におけるエネルギー変換の主たる形態である。蒸発だけをエネルギー源とする人工系は数少ないが、そうした適応の事例は自然界に数多く見られる。今回、Ozgur Sahinたちは、8 µm厚のポリイミドテープに細菌の胞子を付着させてHYDRA(吸湿による人工筋肉)を作り出した。この細菌胞子の中では、水がナノスケールの空洞に閉じ込められており、湿度に応じて大きな圧力の変化が誘発されるようになっている。そのため、ポリイミドテープの曲率は、湿度の増減に応じて変化し、複数のポリイミドテープを並列に積み重ねると、重力に逆らって重いものを持ちあげることもできるようになる。


The first example of evaporation-driven engines that can power common tasks like locomotion and electricity generation is reported this week in Nature Communications. The authors demonstrate that these engines can drive a mini car and power LEDs, highlighting the untapped capability of water in the environment to supply useful levels of power.

Evaporation is a ubiquitous phenomenon and a dominant form of energy transfer in the Earth’s climate. Engineered systems rarely use evaporation alone as a source of energy, despite many examples of such adaptations in the natural world. Ozgur Sahin and colleagues now create “hygroscopy driven artificial muscles”, or HYDRAs, by attaching bacterial spores to 8 μm-thick polyimide tape. Inside the bacterial spores, water is confined to nanoscale cavities and depending on the humidity, large pressure changes are induced. This means that the tape changes its curvature in moist and dry conditions and when multiple tapes are assembled in parallel they can lift weight against gravity.

The authors then use these HYDRAs to create rotary and piston-like, evaporation-driven engines that start and run autonomously when placed at air-water interfaces. They designed an electricity generator that rests on water while harvesting its evaporation to power an LED and a miniature car (weighing 0.1 kg) that moves forward as the water in the car evaporates. Evaporation-driven engines may find applications in powering robotic systems, sensors, devices and machinery that function in the natural environment.

doi: 10.1038/ncomms8346

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

メールマガジンリストの「Nature 関連誌今週のハイライト」にチェックをいれていただきますと、毎週最新のNature 関連誌のハイライトを皆様にお届けいたします。