ケンブリッジ大学、低コスト・自己修復センサーを開発しロボティクスを革新

ケンブリッジ大学の研究者たちによって開発された低コストのゼリー状材料は、ひずみ、温度、湿度を検知できます。そして、これまでの自己修復ロボットとは異なり、室温で部分的に自己修復することができます。

ソフトセンシング技術がロボティクスを変革

ソフトセンシング技術は、ロボティクス、触覚インターフェース、ウェアラブルデバイスなど、さまざまな用途を変革する可能性を秘めています。しかし、ほとんどのソフトセンシング技術は耐久性がなく、大量のエネルギーを消費します。

「ソフトセンサーをロボティクスに組み込むことで、筋肉のひずみが脳に身体の状態を伝えるように、ロボットからより多くの情報を得られるようになります」と、論文の筆頭著者であるケンブリッジ大学工学部のDavid Hardman氏は語ります。論文は学術誌『NPG Asia Materials』に掲載されました。

EU資金支援のSHEROプロジェクトの一環

EU資金支援のSHEROプロジェクトの一環として、Hardman氏とその同僚たちは、ロボットの手と腕のためのソフトセンシング・自己修復材料の開発に取り組んできました。これらの材料は、損傷を検知し、一時的に自己修復するために必要な措置を講じ、人間の介入なしに作業を再開できます。

「数年間、自己修復材料に取り組んできましたが、現在はより速く、より安価に自己修復ロボットを作る方法を模索しています」と、共著者のThomas George-Thuruthel氏（工学部）も語ります。

室温での自己修復を実現

これまでの自己修復ロボットは、修復のために加熱が必要でしたが、ケンブリッジの研究者たちは室温で修復できる材料を開発しており、実用的な応用に向けてより有用になっています。

「安価で生分解性、生体適合性のある伸縮性のあるゼラチンベースの材料から始め、導電性成分を添加してセンサーを材料に組み込むさまざまなテストを行いました」とHardman氏は説明します。

塩（塩化ナトリウム）が鍵を握る

研究者たちは、カーボンインクの代わりに塩化ナトリウム（塩）を含むセンサーを印刷することで、求めていた特性を持つ材料が得られることを発見しました。塩は水分を含むハイドロゲルに溶解するため、イオン伝導（イオンの移動）のための均一なチャネルを提供します。

印刷された材料の電気抵抗を測定したところ、ひずみの変化に対して高い直線性の応答が得られ、材料の変形を計算するのに利用できました。塩の添加により、センサーの元の長さの3倍以上の伸びを検知できるようになり、柔軟で伸縮性のあるロボットデバイスへの組み込みが可能になりました。

安価で簡単な製造、長期安定性も確保

自己修復材料は安価で製造が容易で、3Dプリントや鋳造のいずれでも作れます。乾燥することなく長期的な強度と安定性を示し、広く入手可能な食品グレードの材料のみで作られているため、多くの既存の代替案よりも優れています。

「これほど安価で作りやすいことを考えると、非常に優れたセンサーです」とGeorge-Thuruthel氏は語ります。「ゼラチンでロボット全体を作り、必要な場所にセンサーを印刷することも可能です。」

さまざまな材料との接着性、人工皮膚への応用も

自己修復ハイドロゲルはさまざまな材料とよく接着するため、他のタイプのロボティクスにも容易に組み込めます。例えば、研究者たちが所属する生物模倣ロボティクス研究室では、人工手の開発に焦点を当てた研究が多く行われています。この材料は概念実証段階ですが、さらに発展させれば、人工皮膚やカスタムメイドのウェアラブル・生分解性センサーに組み込むことができるでしょう。