キュウリを模倣した実験は、アクチュエータにおける植物のような向性を初めて実証したもので、硬いものではなく、布、紙、繊維、ポリマーなどの流体材料で作られたアクチュエータを使用する「ソフト」ロボット工学への移行の一環である。多彩な動きを優先するために金属ジョイントを採用。 柔らかさは、手術中など、柔軟性と薄型設計が重要な状況でロボットを改善します。 また、自律型ソフト ロボットは、電源や人がいない場所でも動作する可能性があります。
「私たちの研究の成功は、人工材料が自然の生き物、この例では植物のように振る舞うこともできることを証明することです」とアジズ氏は言う。 「したがって、私たちは人工素材にある程度の自然知能を与えました。」
糸はもちろん、 自力で動くことはできません。 応答性を高める追加のマテリアルを注入する必要があります。
アジズは糸の撚りを 3 つの異なるソリューションに通しました。 1 つはアルギン酸ヒドロゲルで、デバイスに水を吸収させます。 もう一つのポリウレタン製ヒドロゲルは、脆さを軽減しました。 最後の層は熱応答性コーティングでした。 次に、その糸を金属棒に巻き付けて、キュウリの蔓のように巻き付けました。 最終製品は、長く濃いマゼンタ色のバネのように見えます。 その滑らかなコイルは、何層にもわたる繊維のねじれを覆い隠していますが、それらはすべてそこにあります。
彼のチームは一連の実験で糸の「筋肉」の能力をテストしました。 まず、コイルの下端にペーパークリップを取り付けました。 それから彼らはコイルに水を数回スプレーしました。 ヒドロゲルは膨潤し、水を吸収しました。 コイルが縮んでペーパークリップが上に引っ張られました。
しかし、なぜハイドロゲルが膨潤してコイルができたのでしょうか？ 契約 拡大するのではなく？ それはらせん状の微細構造によるものです。膨潤した水素がらせんを押して半径方向に拡張して幅の広いコイルになり、糸の筋肉が長さ方向に収縮して補償しました。
次に、研究者らはホットプレートで加熱された空気を当てました。 これは逆の効果をもたらしました。コイルが緩んでペーパークリップが下がりました。 それは、熱風がハイドロゲルから水分子を放出し、筋肉が膨張するのを助けるためです。 (冷たい空気はそれらの分子を再吸収させ、再び筋肉を収縮させます。)
次に彼らは尋ねました：これで窓を閉めることができるでしょうか？ （奇妙な挑戦のように思えるかもしれませんが、彼らはこの小さな筋肉が単独で有益な仕事を達成できることを証明するためのデモを望んでいました。電源も、空気を供給するチューブやワイヤーも必要ありません。）どれだけひねっても、フルサイズのガラス窓を動かすことができます。 そこでアジズのチームは独自の手のひらサイズのプラスチック版を作りました。 窓にはシャッターのように閉じることができる 2 つの窓ガラスがありました。 彼らは両方の窓ガラスに小さなマゼンタ色の筋肉を織り込みました。 水の噴霧により糸が収縮し、窓が完全に閉まるまでシャッターが閉じられました。
アジズ氏にとって、この微細構造の美しさは、この種の形状変化が可逆的であることです。 形状記憶素材などの他の人工筋肉素材は不可逆的に変形することが多く、繰り返しの使用が制限されます。 しかしこの場合、コイルは大気条件に応じて無限に収縮したり弛緩したりする可能性があります。 「雨が降ると、窓が閉まってしまうことがあります」と彼は言います。 「そして雨が止むと、また窓が開くでしょう。」