固体から液体、液体から固体に変化するロボットが開発された

液体になって鉄格子の隙間から流れ出し、再び合体して元の形状に戻った...... Wang and Pan et al. under CC BY-SA

＜固体から液体、液体から個体へと迅速かつ可逆的に状態を変化させるロボットが開発された......＞

中国・中山大学、米カーネギーメロン大学らの研究チームは、ナマコから着想を得、固体から液体、液体から個体へと迅速かつ可逆的に状態を変化させるロボットを開発した。その研究成果は2023年1月25日付の学術雑誌「マター」で発表されている。

従来の剛体のロボットは狭いスペースや小さい角度の移動に適していない一方、柔軟性のある素材でできた「ソフトロボット」は強度が低く、動作を制御しづらい。

そこで研究チームは「ロボットが液体と固体に切り替えられれば、機能性を高められるのではないか」と考えた。たとえばナマコは、組織の硬さを変化させることで、物理的損傷を抑える性質がある。

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液体になって隙間から流れ出し、再び合体

研究チームは、摂氏29.8度を融点とする液体金属「ガリウム」にネオジム、ホウ素、鉄からなる磁性微粒子を埋め込んだ新しい位相シフト材料「MPTM」を開発した。

磁性微粒子を用いて交番磁界に反応させ、誘導加熱を促し、相変化を起こす仕組みだ。また、磁性微粒子によってロボットが磁場に反応して動作できるようになる。

このようにして、固相では機械強度が高く、耐荷重は30キロで、秒速1.5メートル超の移動速度を実現する一方、液相では伸長、分割、合体といった優れた形態適応を発揮する。

「MPTM」でできたヒト型の小さなロボットを檻の中に入れた実験では、ロボットが磁場を利用して液体になって鉄格子の隙間から流れ出し、再び合体して元の形状に戻った。

胃から異物を回収したり、薬剤を届けたり

また、このロボットを使ってヒトの胃モデルから異物を回収したり、薬剤を届けたりする実験にも成功した。ロボットが異物の位置まで素早く移動して液相に移行し、異物を包み込んだ後に固相に戻って異物とともに胃から出たり、薬剤を包んだロボットが胃の中に移動し、液相に移行して薬剤を放出した後、固相に戻って胃から出ることが示された。

このロボットは、無線回路の組立や修理ではんだや導体として利用したり、部品を組み立てるための万能ねじになることも実証されている。

研究論文の共同著者でカーネギーメロン大学のカルメル・マジディ教授は「今後は、生物医学の観点でこのロボットをどのように活用できるか、さらに追究していく必要がある」と述べている。

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