ソフトエラストマーのフレキソ電気効果を活用しロボット移動性を向上

自然界の一部の材料は、電気信号を送ることでゴムバンドのようにサイズと形状を大きく変化させ、変形できます。これらの材料は、電気信号を通すと変形し、または操作されると電気を供給するエネルギー変換器として機能します。これは圧電効果と呼ばれ、センサーやレーザーエレクトロニクスなど多くの用途で有用です。しかし、これらの自然発生材料は希少で、硬い結晶構造で構成され、しばしば有毒であるという3つの明確な欠点があります。

人工ポリマーは、材料希少性の排除と、曲げ伸ばし可能なソフトポリマー（ソフトエラストマー）の創出により、これらの痛点への解決策への一歩を提供しますが、以前はそれらのソフトエラストマーに顕著な圧電特性がありませんでした。

研究者たちは、ソフトエラストマーにおける「巨大フレキソ電気効果」を実証し、ロボットの動作範囲改善と自己給電ペースメーカーの実現可能性を示しました。この理論は、柔らかいゴム状材料における電気と機械運動の結合を工学的に設計します。一部のポリマーは弱い圧電性を持ちますが、圧電性を持つ柔らかいゴム状材料は存在しません。これらの多機能ソフトエラストマーの能力向上を表す用語が「巨大フレキソ電気効果」です。つまり、ソフト材料におけるフレキソ電気性能のブーストです。

ほとんどのソフトゴム材料ではフレキソ電気効果はかなり弱いですが、分子レベルでユニットセルの鎖を再配列することで、理論的にソフトエラストマーが従来量のほぼ10⁴倍のフレキソ電気効果を達成できることを示しました。高められたフレキソ電気特性を持つソフトエラストマーで作られた人間型ロボットは、物理的タスクを実行するためにより広い動作範囲を持つようになります。リチウム電池を使用する人体埋め込み型ペースメーカーは、自然な動きが発電するため自己給電可能になります。

ソフトエラストマーが電気信号によって生成・操作されるメカニズムは、人間の耳で観察される類似機能を再現します。音が鼓膜に当たり、振動して電気信号を脳に送り、そこで解釈されます。この場合、動きがソフトエラストマーを操作し、デバイスを自己給電する電気を生成します。動きによる自己発電プロセスは、典型的な電池から一歩進んだものです。

ソフトエラストマーのフレキソ電気効果改善に向けた取り組みが、今後の研究の焦点となります。

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