自己修復能と金属のような導電性を併せ持つソフトマテリアルを開発

カーネギーメロン大学（CMU）の研究チームが、自己修復能と金属のような導電性を併せ持つソフトマテリアルを開発した。自己修復導電材料をソフトロボットやソフト回路、再構成可能な生体電極等へ適用すれば、ロボット工学やエレクトロニクス、医療分野の発展が期待できるという。

同研究成果は2023年3月9日、「Nature Electronics」誌に掲載された。

従来の自己修復材料の多くは、高分子鎖に水を含んだハイドロゲルからなり、自発的な分子間力を利用して物理的損傷から回復するが、電気伝導性に乏しく、エレクトロニクスに適用できなかった。

研究チームが開発した材料は、高分子鎖に銀微粒子とガリウム系液体金属を充填したオルガノゲルからなり、高い電気伝導性を示す。水ではなく有機溶媒を用いることで、ハイドロゲルのように急速乾燥することなく、空気中で24時間以上用いることが可能だ。

自然治癒するカタツムリに見立てたロボットの実験では、電池とモーターをつなぐオルガノゲルを切断すると、動作速度が50％以上低下したが、手動で再びつなげると、ロボットは電気接続を回復し、元の速度の68％を回復した。

また、同材料は、再構成可能な回路の構成要素としても機能する。別の実験では、最初に1つのオルガノゲルでおもちゃの車のモーターと電池をつないでいたが、そのゲルを3つに分割し、1つを車の屋根に取り付けたLEDに接続しても、残りの2つでモーターとの接続を回復させることができた。

研究チームは、さらに、身体のさまざまな場所での筋電図を読み取れることを示し、再構築できる同材料の実用性を実証した。同材料を用いた筋電図や心電図などの組織・電子インターフェースへの応用が期待できる。

CMUのCarmel Majidi教授は、「今回開発した材料は、デジタル電子機器や電力消費の多いデバイスをサポートするのに十分な高い電気伝導性を維持できる初めてのソフトマテリアルです。情報を収集して無線で送信でき、身体に装着した電子機器と直接インターフェースをとる生体電極として使用可能です」と説明した。

自己修復能と金属のような導電性を併せ持つソフトマテリアルを開発