尺取り虫のように歩いたり、高速で走ったりするロボット結晶を開発 早大と東工大

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早稲田大学は2018年2月7日、東京工業大学との研究グループが、加熱・冷却すると尺取り虫のように歩いたり、高速で走ったりする「ロボット結晶」を開発したと発表した。

分子マシンは、熱や光により回転・伸縮する分子だが、その大きさは1mmの百万分の1程度しかなく、肉眼では動く様子を見ることができない。そのため、分子マシンを集積し、目に見えるマクロな大きさで動く材料を開発することが求められる。

一方、結晶は硬くて割れ易いと考えられていたが、2007年にジアリールエテン結晶が光によって曲がることが初めて報告された。以降、同研究グループの小島秀子研究院客員教授は、アゾベンゼンやサリチリデンアニリンなど、光によって曲がる様々な結晶を開発してきた。このようなメカニカル結晶を実用化するためには、多様な動き方をする結晶が必要となる。しかし現状、屈曲・伸縮といったその場での運動がほとんどで、光照射下で結晶が融解・固化を繰り返しながら這うように進むという報告以外に、結晶を別の場所に移動させることはできていなかった。

研究グループは今回、キラルアゾベンゼン結晶が145℃で相転移し、しかも加熱・冷却を繰り返しても結晶が壊れないことを発見。左右で厚みが異なる板状結晶を、相転移点前後で加熱と冷却を繰り返すと、尺取り虫のように秒速0.0008mmでゆっくりと歩くことを見出した。また、より薄い板状結晶の場合では、加熱あるいは冷却を1回行うだけで、秒速15mmで走ることも発見。結晶の形と動きの関係を考察した結果、これらの推進力は、結晶の外形が非対称であることから発生することを解明した。

同研究グループによると、今回開発したロボット結晶は、微小領域での物質輸送などを担うマイクロロボットとして実用化できる可能性があるという。また、ロボット結晶を使った新方式のソフトロボットの実現が期待されるとしている。

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