アクティブマター：アクティブソリッドの適応的移動運動

エネルギーを生成する微視的構成要素からなるアクティブシステムは、例えば、複雑で予測不可能な環境中を移動運動できる自律的機能材料を創出するための有望なプラットフォームである。しかし、こうしたエネルギー源をうまく利用して有用な機械的仕事をさせることは、困難であることが分かっている。今回我々は、センチメートルスケールの構成要素に基づいた、適応的移動運動を行うアクティブソリッドを設計した。得られたプロトタイプは、奇弾性率で特徴付けられる非変分形式の弾性を示し、我々はその規模を、粗粒化理論を用いて微視的詳細から予測し、実験的に立証した。こうしたアクティブソリッドは、外部環境と相互作用すると、自発的に形状変化のリミットサイクルに入り、これが回転や這行などの移動運動に自然につながる。こうした移動運動のロバスト性は、弾性変形や弾性応力を介した、アクティブソリッドと環境の間の創発的フィードバックループに根差している。結果として、今回のアクティブソリッドは、ニューラルネットワークによって実現されるより複雑な制御戦略と同様の性能で、加速したり、進み方を調節したり、さまざまな地形を移動したりできる。我々の研究は、材料とロボットの橋渡しとしてのアクティブソリッドを確立するとともに、生体システム、ソフトマテリアル、駆動型ナノメカニカルデバイスの非線形ダイナミクスを制御する分散的戦略を提案するものである。

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