自重の4,400倍の重さの物体を持ち上げるために開発された人工筋肉

(ダン・トリ) - 科学者たちは、柔軟性と重い物を持ち上げるのに十分な強度を兼ね備えた新しいタイプの人工筋肉を開発し、ソフトロボットやウェアラブルデバイスの新時代を切り開きました。

新しい研究：ヒューマノイドロボットは体重の4,000倍の重さの物体を持ち上げることができる（図：livescience）。

科学者たちは初めて、人工筋肉の設計における柔軟性と強度のバランスという難題を解決しました。この画期的な研究成果は、9月7日付のAdvanced Functional Materials誌に掲載されました。

蔚山科学技術院（UNIST）の機械工学専門家であり、本研究の筆頭著者であるフン・ウィ・ジョン教授は、「本研究は、従来の人工筋肉の根本的な限界を克服しました。従来の人工筋肉は、伸縮性は高いが強度が弱い、あるいは強度は高いが硬すぎるという問題がありました。私たちの複合材料は、その両方を実現できるため、より柔軟なソフトロボット、ウェアラブルデバイス、そして直感的なヒューマンマシンインターフェースへの道が開かれます」と強調しました。

人工筋肉は、柔軟性や剛性によって制限を受けることがよくあります。十分な出力を維持しながら伸縮性も持たなければ、活動密度が制限されてしまいます。しかし、ソフト人工筋肉は、軽量であること、機械的な適応性が高いこと、そして多方向（動き）アクチュエータを伝達できることから、その多様性が高く評価されています。

仕事密度、つまり筋肉が単位体積あたりに発揮できるエネルギー量は、人工筋肉にとって大きな課題です。高い収縮率と併せて高い値を達成することは、科学者が常に目指す目標です。

この新しい人工筋肉は「高性能磁性複合アクチュエータ」と称され、筋肉の牽引力と解放力を模倣するために複合的に結合されたポリマーの複雑な化学的組み合わせです。これらのポリマーの1つは硬さを変えることができ、表面に磁性微粒子を含むマトリックスに埋め込まれており、この微粒子も制御可能です。これにより、筋肉を駆動・制御し、動きを生み出すことができます。

この新しい設計には、2つの異なる架橋メカニズムが組み込まれています。共有結合化学ネットワーク（2つ以上の原子が電子を共有することでより安定した構造を実現する）と可逆的な物理的相互作用ネットワークです。これら2つのメカニズムにより、筋肉は長期間にわたってパフォーマンスを発揮できる強度を維持します。

剛性と弾性のバランスは、二重架橋構造によって効果的に解決されています。機械表面に微粒子（NdFeB）を組み込むことで、この物理的ネットワークはさらに強化されます。この微粒子は、無色の液体（オクタデシルトリクロロシラン）によってさらに機能化されます。これらの微粒子は、ポリマーマトリックス全体に分散しています。

この人工筋肉は、重い負荷がかかると硬くなり、収縮が必要なときには柔らかくなります。硬くなった状態では、重さわずか1.13グラムのこの人工筋肉は、最大5キログラム、つまり自重の約4,400倍の重量に耐えることができます。

研究者によると、人間の筋肉は約40%の張力で収縮するが、合成筋肉は86.4%の張力に達し、これは人間の筋肉の2倍の張力である。これにより、1立方メートルあたり1,150キロジュールという作業密度が可能になり、これは人間の組織の30倍にあたる。

研究チームは人工筋肉の強度を測定するために一軸引張試験を実施し、物体が破断するまで引っ張る力を加えて最大引張強度を調べた。

専門家らは、この画期的な進歩により、ソフトロボット工学、医療リハビリテーション、スマートウェアラブルデバイス、ヒューマンマシンインターフェースなど、多くの分野に展望が開けると述べている。

柔軟性と強力さを両立した新世代の人工筋肉は、ロボットがより優雅に動くのを支援すると同時に、高度な生物医学および産業用途において人間の動きを正確にサポートすることができます。

出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/phat-trien-co-nhan-tao-nang-vat-nang-gap-4400-lan-trong-luong-20251104053327548.htm