材料科学：バブルキャスティングによるソフトロボティクス
Nature 599, 7884 doi: 10.1038/s41586-021-04029-6
生物から着想を得て、本質的に自在な形になる材料からソフトロボットが開発されており、動物や植物の動きを模倣した連続的な動きが可能になっている。ソフトロボットでは、標準的な蝶番やボルトの代わりに、エラストマーを組み立てて作られたアクチュエーターが用いられており、こうしたアクチュエーターは、例えば空気圧による膨張などの刺激を加えるとその刺激に追随して形状を変化させるようにプログラムされる。こうした変形の情報は通常、これらのアクチュエーターの形状に直接埋め込まれており、アクチュエーターの組み立ては、最近のラピッドプロトタイピング技術の進歩により容易になっている。しかし、こうした製造工程は、スケーラビリティー、設計の柔軟性、ロバスト性において限界がある。今回我々は、ソフトマシンの作製とプログラミングのための一体化された新たな方法を実証する。我々の手法では、個々の部品を組み立てる代わりに、徐々に硬化して、人工筋肉から把持具までさまざまな用途に合わせて形状を容易に調整できるモノリシックな空気圧式アクチュエーターをロバストに作製する、エラストマーにおける界面流を利用している。我々は、このアクチュエーターの組み立てにおいて働く流体力学を理論的に説明するとともに、その後の変形をモデル化した。そして、この定量的な知識を利用してこれらのソフトマシンをプログラミングし、例えば、単調な刺激から得られる連続した動きなどの複雑な機能を生み出した。今回の方法の柔軟性、ロバスト性、予測性によって、例えば、長い曲がりくねった構造や血管構造などの複雑なアクチュエーターの組み立てが可能になることで、ソフトロボティクスの普及が加速され、その結果、幾何学的な非線形性や材料の非線形性から生じる新たな機能への道が開かれると、我々は予想する。
