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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。
2:もろ禿HINE! ★＠＼(^o^)／
15/08/13 12:47:18.63 .net
要旨
理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター創発ソフトマター研究グループの相田卓三グループディレクター（東京大学大学院工学系研究科教授）、創発生体関連ソフトマター研究チームの
石田康博チームリーダーと物質・材料研究機構（NIMS）国際ナノアーキテクトニクス研究拠点の佐々木高義フェローらの共同研究グループ※は、互いに静電反発する無機ナノシート[1]を平行に
配向させ、これらをヒドロゲル[2]（三次元のナノ網目構造を水で膨潤させたゼリー状物質）の中に閉じ込めることにより、筋肉のように速く、大きく、方向性のある動きを繰り返すヒドロゲルの開発に
成功しました。
ある種のヒドロゲルは、温度などの外部刺激に応答し、可逆的に収縮・膨潤することが知られています。このようなヒドロゲルは、生体に似た、軟らかく、軽く、ウェットなアクチュエータ[3]として
注目されており、人工筋肉などとしての応用が期待されています。しかしながら、単純な収縮・膨潤に基づく従来のヒドロゲルアクチュエータは、外界との水の受授を伴う体積変化を動力源と
しているため動作速度が遅く、動きに方向性がありません。また、水中での利用に限られ、運動を繰り返すうちに容易に劣化するといった問題も抱えています。
理研とNIMSの共同研究グループは、互いに静電反発する無機ナノシートを平行に配向させ、これらを刺激応答性のポリマーでできたヒドロゲルの中に埋め込むことにより、従来とは全く異なる原理に
基づくヒドロゲルアクチュエータを開発しました。このヒドロゲルアクチュエータは、収縮・膨潤による体積変化ではなく、ナノシート間の静電反発力の増減を動力源としています。外界との水の受授を
一切伴わないため、その動作は極めて速く、環境を選ばず、何度でも繰り返すことができます。さらに、ナノシートの配列方向を工夫することにより、決まった方向に歩行し続ける生物のような運動を
作り出すことも可能です。
本研究は、総合科学技術・イノベーション会議の革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）により、科学技術振興機構を通して委託されたものです。成果は、英国の科学雑誌『Nature
Materials』に掲載されるのに先立ち、オンライン版（8月10日付け：日本時間8月11日）に掲載されます。
（以下略）
3:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 12:49:25.51 ZDk3QE3a.net
おじさん達の髪の毛は 「オフ・オフ」だけだね！
4:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 12:51:17.47 bAPjyCMa.net
筋トレなしでむきむきマンになれるのか
5:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 12:56:55.86 FvfVjKnW.net
マッスルシリンダーか。ATも遠くねえな。
6:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 13:03:13.96 eARN4DTL.net
ムキムキマッチョのホーキングがパラリンピックで大暴れするのか
7:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 13:08:25.76 u7mWv05f.net
＞ 50℃に加熱すると、わずか1秒間のうちに
＞ これを15℃に冷却すると、やはり1秒間のうちに
僅か1秒ってのはモノが指先サイズだから加熱と冷却の所要時間がその程度で済んでるってだけですかね
8:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 13:15:06.42 dOsNsNNP.net
つまり・・・TENGAが進化すんの？
9:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 13:41:22.15 LjA7OdJX.net
ぶっちゃけた話、液体金属間に挟んで両端電磁石つけりゃいいだけじゃねーのかと思うんだが人工筋肉なんて
それか液体金属と電磁石の層作るとか
10:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 14:46:35.56 L8C6NNrv.net
>>8
新技術の平和的利用の先駆けは常にエロ
11:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 16:15:26.59 Ocr0UosW.net
>>9
それは随分頭が悪いんだね。
12:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 16:35:31.02 rfJ5BolF.net
電気パルスでビクンビクン動くオナホができるな
13:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 16:58:02.73 7+5Il+Um.net
>>12
直接電気流した方が手っ取り早いし気持ち良いぞ
14:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 19:58:30.78 Q2FDVUKF.net
夢のメイドロボへまた一つ近づいた
15:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 20:38:35.04 4zVgbtuC.net
筋肉動力スクーター作ろう
16:名無しのひみつ＠＼(^o^)／
15/08/13 20:53:42.68 5HdNtxJt.net
見た瞬間ボトムズを思い出したむせる野郎どもはどの程度いるんだろうか
転んだだけで発火するのは勘弁な！