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セルプレス

ビデオ: これは、人型ロボットが檻から脱出するために液化し、その後研究者が手動でロボットを取り出し、元の形状に再成形するビデオです。もっと見る

クレジット: Wang および Pan 他

エンジニアたちはナマコからインスピレーションを得て、液体と固体の間を迅速かつ可逆的に遷移する小型ロボットを設計した。 ロボットは形状を変えることができることに加えて、磁性があり、電気を通すことができます。 研究者らはロボットに障害物コースの可動性テストと形状変形テストを実施し、その研究結果が1月25日付けのマター誌に発表された。

従来のロボットは身体が硬く硬いのに対し、「柔らかい」ロボットは逆の問題を抱えています。 柔軟性はありますが弱く、動きを制御するのが困難です。 「ロボットに液体状態と固体状態を切り替える能力を与えることで、より多くの機能がロボットに与えられます」と、この研究を主導した香港中文大学のエンジニア、チェンフェン・パン氏（@ChengfengPan）は言う。

研究チームは、非常に低い融点 (29.8 °C) の金属であるガリウムに磁性粒子を埋め込むことにより、「磁気活性固液相転移マシン」と呼ばれる新しい位相シフト材料を作成しました。

「ここでの磁性粒子には 2 つの役割があります」と、カーネギー メロン大学の上級著者で機械エンジニアの Carmel Majidi (@SoftMachinesLab) は言います。 「1つは、材料が交流磁場に反応するようにすることで、誘導によって材料を加熱し、相変化を引き起こすことができるということです。 しかし、磁性粒子はロボットに機動性を与え、磁場に反応して動く能力も与えます。」

これは、ヒートガン、電流、またはその他の外部熱源に依存して固体から液体への変換を引き起こす既存の位相シフト材料とは対照的です。 また、この新しい材料は、「液」相の粘度がかなり高い他の相変化材料と比較して、極めて流動性の高い液相を誇ります。

潜在的な用途を探る前に、チームはさまざまな状況で材料の可動性と強度をテストしました。 磁場の助けを借りて、ロボットは堀を飛び越えたり、壁をよじ登ったり、さらには半分に分かれて他の物体を協力して移動させたりしてから合体したりした。 あるビデオでは、人のような形をしたロボットが液状になってグリッドからにじみ出し、その後抽出されて元の形状に再成形されます。

「現在、私たちはこの材料システムをより実用的な方法で推進し、非常に特殊な医療および工学上の問題を解決しています」とパン氏は言います。

生物医学面では、研究チームはロボットを使用してモデルの胃から異物を除去し、同じ胃にオンデマンドで薬剤を投与しました。 また、この材料がワイヤレス回路の組み立てと修理のためのスマートはんだ付けロボット（届きにくい回路に浸透し、はんだと導体の両方として機能することによって）として、またハードウェアで部品を組み立てるための万能機械「ネジ」としてどのように機能するかについても実証しています。到達スペース (ネジ穴に溶けて固化するため、実際にネジを締める必要はありません)。

「将来の研究では、これらのロボットが生物医学の文脈でどのように使用できるかをさらに検討する必要があります」とマジディ氏は言います。 「私たちが示しているのは、単なる 1 回限りのデモンストレーション、概念実証ですが、これを実際に薬物送達や異物の除去にどのように使用できるかを掘り下げるには、さらに多くの研究が必要です。」

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この研究は、中国国家自然科学財団、広東省自然科学財団、広東省ハイレベル人材特別支援計画、広東省重点研究開発計画の支援を受けました。

Matter、Wang、Pan et al. 「磁気活性液体固相遷移物質」 https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00693-2

Cell Press が発行する Matter (@Matter_CP) は、多分野にわたる革新的な材料科学研究のための新しいジャーナルです。 論文では、基礎から応用、ナノからマクロに至るまで、材料開発の領域全体にわたる科学の進歩を調査しています。 https://www.cell.com/matter にアクセスしてください。 Cell Press のメディア アラートを受信するには、[email protected] までご連絡ください。