タコ触発接着剤：水中物体の精密把持と放出を実現

Virginia Tech University, Blacksburg, VA

大学院生Chanhong Lee氏がラボでタコ触発吸盤をテスト。（画像：Alex Parrish for Virginia Tech）

自然のメカニズムをヒントに新技術革新を創出することは、Virginia Techの一つの研究チームの特徴です。Michael Bartlett准教授率いるグループが、タコの吸盤の形状に着想を得たタコ触発接着剤を作製しました。これは困難な水中物体を素早く掴み、制御可能に放出できます。

重い岩、小さな貝殻、柔らかいビーズ、その他のデブリのような水中物体を掴んで放出する能力は、水中サルベージや救助作業の強力なツールになり得ます。彼らの発見はAdvanced Science誌に掲載されました。

この研究は、Virginia Techの学部研究者Austin Via氏、Aldo Heredia氏、Daniel Adjei氏と共に実施されました。大学院研究助手Chanhong Lee氏が論文の筆頭著者で、National Science FoundationのDesigning Materials to Revolutionize and Engineer our Futureプログラムの支援を受けた研究を報告しています。

「タコが一瞬で何かを強く保持し、次の瞬間には瞬時に放出できることに魅了されます。これを水中で、粗面、曲面、不規則な物体に対して行う — これはかなりの偉業です」とBartlett氏。

この長年の課題を克服するため、Bartlett氏とチームはタコの形状に着目しました。具体的には、タコ吸盤の外部構造である「漏斗部（infundibulum）」を見ました。これにより研究者たちは、弾性曲面スタックと能動的変形膜を利用し、多表面接着のために形状を変える接着剤を作製する着想を得ました。

曲面スタックが大規模曲率に付着し、小規模粗さへの適応性を高めます。これらのメカニズムが相乗的に働き、複数長さスケールでの接着を改善します。

これにより、非活性化状態比で1,000倍強い接着力を活性化時に発揮するタコ触発接着剤が実現。重要なことに、このスイッチは約30ミリ秒という一瞬で起こります。タコ触発接着剤は、粗面、曲面、不規則な物体、さまざまな流体中でも高い付着強度を達成。この新ツールで、ダイバーは過度な握力なしで滑りやすい物体を保持でき、また素早く捕捉して急速に切り替えられます。

タコ吸盤は生体組織でできているため、取り組む仕事に合わせて歪み、拡張、収縮します。これにより動物はより強いグリップだけでなく、滑らかや粗い、角張ったや平らな物体を見つけるたびに保持を適応させる汎用性を得ます。

新しいタコ触発接着剤で、研究チームメンバーは平ら、粗い、曲がった、柔らかい、硬いなど幅広い困難な水中物体を拾い、保持、放出できます。

この能力は、水中ケルン（慎重に構築された水中岩の積み上げ）の構築で実証されました。ここでは岩がさまざまなサイズ、形状、表面粗さを持ち、構造をバランスよく保つために拾うだけでなく精密に放出する必要があります。同時に、柔らかいゼリー状ビーズも容易に掴んで放出できます。

「このタイプの操作は、タコが巣の周りの物体を配置するときに行うものです」とLee氏。「この実証は、タコ触発接着剤が困難な水中物体を精密に操作する能力を浮き彫りにします。」

材料は複数サイクルと長期間にわたって信頼できる付着も示します。一実験では、付着力が100サイクルで一定でした。別のテストでは、粗い曲面岩を水中で7日以上保持し、オンデマンドで放出。特に長期間物体を保持するサルベージ用途では、これは極めて重要になり得ます。

詳細については、Margaret Ashburnまでお問い合わせください。