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内部の静電反発力のオンオフだけで動くヒドロゲル | 理化学研究所
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▶ A hydrogel stretches and contracts in response to temperature changes / ヒドロゲルアクチュエータの変形動作 - YouTube
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▶ Video of a walking hydrogel / 特別な外部環境に頼ることなく、一方向に歩き続けるヒドロゲルアクチュエータ - YouTube
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図1 ヒドロゲルアクチュエータの動作原理
従来のヒドロゲルアクチュエータ（左）および今回開発したヒドロゲルアクチュエータ（右）。どちらも、温度に応答して可逆的に脱水和・水和するポリマーの網目により構成されているが、動作原理は
全く異なる。従来のものは、個々のポリマー鎖が脱水和・水和した後に網目全体が収縮・膨潤し、体積変化を起こすことにより動作する。一方、今回開発したものは、ポリマーの脱水和・水和と
同時に系内の誘電率が変化し、ナノシート間の静電反発力が増減することにより動作する。
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図2 ヒドロゲルアクチュエータの高速変形
開発したヒドロゲルアクチュエータを50℃に加熱すると、わずか1秒間のうちに自重の1.7倍まで急速に伸長する（左）。これを15℃に冷却すると、やはり1秒間のうちに元の長さまで急速に収縮する（右）。
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図3 外界との水の受授を伴わないヒドロゲルアクチュエータの変形動作
開発したヒドロゲルアクチュエータを加熱すると、ナノシート面間距離を広げる方向に伸長し、それ以外の方向には収縮する。冷却時はこれと逆の変化を起こす。どちらの過程においてもヒドロゲル
全体の体積は一定（～120mm3）に保たれ、外界との水の受授は伴わない。
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図4 特別な外部環境に頼ることなく、一方向に歩き続けるヒドロゲルアクチュエータ
ナノシートを斜めに埋め込んだヒドロゲルアクチュエータをL字型に切り取る（上段）。これを45℃に加熱すると、ヒドロゲルアクチュエータはナノシート面間隔を広げる方向に伸長し、前足を前方に
進めるとともに、重心を前方に移す（中段）。これを25℃に冷却すると、ヒドロゲルアクチュエータはナノシート面間隔を狭める方向に収縮し、後ろ足を前方に引き寄せながら、重心を元の位置に
戻す（下段）。この動きを繰り返し、ヒドロゲルアクチュエータは一方向に歩き続ける。