SFに彩られた夢に現れるようなリアルなヒューマノイドロボットを製作できるようになるまでには、研究者たちが人工的に模倣しなければならない人間のシステムが数多く存在します。中でも最も難しいのは人間の皮膚です。神経終末が満ち溢れ、時間の経過とともに自己修復する皮膚は、巨大な感覚器官であると同時に、内臓と外界を隔てるバリアとしても機能します。そして今、スタンフォード大学の学際的な研究者チームが、室温で自己修復し、触覚にも反応する初の合成素材を開発しました。これは画期的な進歩であり、新しいタイプのロボット皮膚の誕生につながる可能性があります（そして同時に、強化義肢など、より実用的な用途も期待できます）。
スタンフォード大学のこの素材は、自己修復プラスチックやポリマーとしては世界初とは程遠いものですが、他に類を見ない利点がいくつかあります。例えば、多くの自己修復素材は、高温や特定の光スペクトルへの曝露といった、何らかの触媒や特殊な条件で修復する必要があります。一方、室温で修復できる素材もありますが、通常は一度しか修復できません。修復によって化学構造が変化してしまうため、2度目の修復は不可能であり、ましてや3度目や4度目となるとなおさらです。
では、もし本当に皮膚のアナログを探しているのであれば、触覚の問題があります。自己修復研究で主に使われるプラスチックやポリマーなどは、ほとんどが優れた絶縁体です。しかし、素材に触覚を与え、より大規模なデジタルシステムとインターフェースさせるには、導電性の素材が不可欠です。スタンフォード大学のチームはまさにこの点で新境地を開きました。この素材は、室温で何度も切り傷や裂傷を修復でき、しかも導電性も備えています。
研究者たちはどのようにしてこれを実現したのか？まず、単純な水素結合で分子鎖が結合したプラスチックを材料とした。このプラスチックは自己修復能力を持つ。結合は簡単に切断できるが、切断された鎖を再び互いに接触させるだけで容易に修復できるからだ。研究室では、この材料の一部を完全に切断し、2つの別々の半分を作成した。切断面を数秒間押し合わせると、強度は以前の4分の3に回復した。30分後にはほぼ100%の強度まで回復した。このような実験を50回繰り返した後も、材料は良好な状態を保っていた。
次に、導電性を実現するために、研究者たちはプラスチック全体にニッケル粒子を分散させました。これらのニッケル粒子は、材料の機械的強度を高めるだけでなく、電子が材料内を移動するための手段として機能し、粒子間を飛び移ることで電流を生み出します。材料を曲げたり、曲げたり、歪ませたりすると、ニッケル粒子間の距離が変化し、電流に対する抵抗が変化します。この電気抵抗を測定することで、皮膚の形状や皮膚にかかる圧力を特定することができます。
このような技術が将来、義肢に組み入れられ、手足を失った人の触覚を回復させるのに役立てられることは容易に想像できます。より近い将来には、このような素材を他の電子機器の外装に使用し、自己修復能力を付与することも考えられます。この研究成果は、11月11日発行のNature Nanotechnology誌に掲載されました。
スタンフォード工学部
