自己治癒するソフトロボットアクチュエーター (Soft robot actuators heal themselves)

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2020/7/27 アメリカ合衆国・ペンシルベニア州立大学(PennState)

・ PennState が、イカの環歯のパターンをベースにした、生分解性で自己修復可能なバイオ合成ポリマーを開発。
・ 現在の自己修復型材料には、修復能力の低さや修復時間の長さ等の実用性を制限する欠点がある。新材料は、天然の材料を模倣する、微細な傷や目に見える傷を自己修復する高強度の合成タンパク質。アクチュエーターを始め、化学防護服や微小な穴が開くことで危険性が高まるアプリケーションに適した材料となる。
・ 産業用ロボットアームを搭載したロボティックマシンや人工義肢等の動く接合部を持つ機具、人工呼吸器や個人用防護具(PPE)ではソフトな材料を要するが、繰り返す動きで微小な裂けやヒビが入り、最終的には破損の恐れがある。自己修復する材料の使用では、初期の微小な傷を修復して壊滅的な破損を回避する可能性が期待できる。
・ 同ポリマー材料は、遺伝子重複によるアミノ酸から構成される DNA のタンデムリピートの数を調整し、標準的なバイオリアクターで作製したもの。同ポリマー材料では、通常修復に要する 24 時間を 1秒間に短縮。水分や熱、光を適用することで修復し、修復前の強度を 100%維持する。
・ 同ポリマー材料で作製したソフトアクチュエーターでは、使用中に入ったヒビを約 1 秒間でリアルタイムに修復。海洋では実際のイカのように生分解し、食用酢等の添加で粉末にリサイクルし、以前と同様のソフトな自己修復ポリマーが製造できる。
・ 本研究は、マックス・プランク研究所、アレクサンダー・フォン・フンボルト財団、独連邦教育研究省(BMBF)、米国陸軍研究所(ARO)および PennState の Huck Endowment が支援した。
URL: https://news.psu.edu/story/626375/2020/07/27/research/soft-robot-actuators-heal-themselves

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Nature Materials 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Biosynthetic self-healing materials for soft machines
URL: https://www.nature.com/articles/s41563-020-0736-2

Abstract

Self-healing materials are indispensable for soft actuators and robots that operate in dynamic and real-world environments, as these machines are vulnerable to mechanical damage. However, current self-healing materials have shortcomings that limit their practical application, such as low healing strength (below a megapascal) and long healing times (hours). Here, we introduce high-strength synthetic proteins that self-heal micro- and macro-scale mechanical damage within a second by local heating. These materials are optimized systematically to improve their hydrogen-bonded nanostructure and network morphology, with programmable healing properties (2–23 MPa strength after 1 s of healing) that surpass by several orders of magnitude those of other natural and synthetic soft materials. Such healing performance creates new opportunities for bioinspired materials design, and addresses current limitations in self-healing materials for soft robotics and personal protective equipment.

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