機械工学：超音波駆動型のプログラム可能な人工筋肉

動物の可動性の基本要素である筋肉系は、技術分野と医療分野にまたがる革新を促している。しかし、人工筋肉は駆動機構が複雑で材料要件が厳しいため、動的なプログラム可能性、スケーラビリティー、応答性に問題を抱えている。今回我々は、1万個を超えるマイクロバブルと標的化した超音波活性化を利用する、人工筋肉の設計パラダイムを提示する。これらのマイクロバブルは、異なる共振周波数に対応する精密な寸法で設計されている。人工筋肉内のマイクロバブルのアレイは、掃引周波数超音波によって刺激されると選択的に振動して分散された点推力を生成し、これによって筋肉は、プログラム可能な変形を達成した。その顕著な特性は、1 mm²当たり約3000マイクロバブルという高い密度、0.047 mg mm⁻²という軽さ、約7.6 μN mm⁻²という高い力密度、速やかな応答性（把持時の応答時間100ミリ秒未満）である。さらに、これらのマイクロバブルアレイは、優れたスケーラビリティー（マイクロメートルスケールからセンチメートルスケール）、並外れた適合性、多くの自由度をもたらす。我々は、理論モデルを用いて今回の手法を裏付けるとともに、柔軟な生物操作、静的な物体に可動性を付与する適合性ロボットスキン、ex vivoブタ臓器への適合的付着、ex vivo生物環境内で推進する生物模倣エイ型ロボットにわたる、幅広い応用を実証した。カスタマイズできる人工筋肉によって、ソフトロボティクス、ウエアラブル技術、触覚技術、医用生体機器が、速やかな影響と長期的な影響の両方を受ける可能性がある。

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