3Dプリントされたオクトパスインスパイアド皮膚

August, 22, 2023, Rapid City--世界的3DプリンティングソリューションプロバイダB9Creationsからの技術を利用して研究者は、3Dプリントされた粘着性皮膚を開発している。これは、水中環境で、インテリジェントで可逆的粘着性を提供するもので、オクトパス(蛸)の先進的操作、センシングおよび制御を模倣する機能を持つ。

この画期的な生体模倣の表示は、複雑な人間の課題に取り組み、多様な領域、水中エンジニアリングから先端医療アプリケーションまで、無限の可能性を有している。

・水中接着剤： オクトパスからヒントを得た皮膚の開発は、水中で効果的に機能する接着剤の作製につながり、われわれは水生環境で材料や装置を結合できるようになる。
・医療アプリケーション：オクトパスからヒントを得た皮膚の特性、粗い面への適合力は、臓器や組織に張り付くことができる医療接着剤の開発に利用できる。
・水中建設： オクトパスからヒントを得た皮膚の利用は、水中建設プロジェクトで開拓されている。パイプラインや沖合のウインドタービンの設置など。ここでは従来の接着剤は、過酷な水環境のために失敗することがよくある。
・海洋探査： オクトパスからヒントを得た皮膚を使って、水中ロボットのグリップ改善ができるので、困難な水中環境における操縦、深海環境の探査、研究目的でサンプルの収集ができる。
・ダイビングおよびスイミング装置： この開発は、改善されたウエットスーツ、グラブやスイミングキャップの実現につながる。これらは､グリップを改善し、抵抗を減らし、スイマーやダイバーの水中での効率的な動きを改善する。それは、オリンピックなど、ハイパフォーマンス環境におけるスイマーも利用可能である。
国防： オクトパス・インスパイアード粘着性皮膚は、船や潜水艦の船腹に付着する水中ロボットや装置の実現にも使える。これは、発見されることなく極秘に活動する装置を可能にする。機密関連装置やインフラストラクチャの不正改竄防止装置の開発にも利用でき、権限がない個人が重要なシステムにアクセスしたり、不正改竄することを難しくする。

ウエット表面の接着剤は、ドライ環境と比べると、著しく効果が低下するので、しっかりした不可逆な付着達成が困難になる。なおかつ、多くの生物、オクトパスや他の頭足類は、水中環境で強力な付着を確立する能力を進化させている。これは、センシングや制御メカニズムに関して目を見張るような高度なレベルである。頭足類では、そのセンシングシステムは、目による光受容視覚、液体の流れ、圧力、接触を検出する機械的受容器、それに化学受容性触覚センサに関与している。これにより頭足類は、付着や対象物の近接性についての情報を得ることができ、アクティブにグリップ、リリースできる。

頭足類のユニークな特性とメカニズムは、様々なプロジェクトにインスピレーションを与えた。触手に似たソフトロボットグリッパー、自動か能動のいずれかになるマイクロ構造表面、誘電エラストマーアクチュエータや空気ポンプにより制御されるシステム。しかし、現在の合成接着剤ベースのマニピュレータは、一般に手動であり、センシングや制御機能がない。近接検出のための高度なセンシングシステム、表面との接触を検出する機械受容体が欠如していることは、接着性エレメントのアクティブ制御を妨げる。光学的およびサウンドベースのセンサが、合成システムで近接性検出に使えるが、それらのセンサのサイズは、合成接着剤との統合を制限することがよくあり、制御できない環境では、限られた操作、自律的把握機能の制限となる。

研究者は現在、新たなアプローチをしている。切替え可能粘着性コンポーネント、センサシステム、処理、自律活動と放出のための制御機構を含む水中粘着システムの導入である。この密接に統合されたシステムは、マルチ粘着エレメントをインテリジェントに制御できるので、ドライとウエットの両環境で器用な操作を可能にする。接着性の調整、センシングおよび制御のこの組合せは、合成接着剤に並ぶものはない。

センサ、加工、迅速切替え可能接着剤の密接な統合は、環境に対する予備知識なしに、コンパクトなシステムを使って水中の物体の器用な操作に新たな可能性を提示する。この機能は、ウエアラブル粘着性グラブで実証された。これは､オクトパスや他の頭足類の先端的操作、センシング、制御を真似る機能を可能にしている。グラブの各指は、センサとアクティブ粘着性エレメントを含んでいる、これは､エラストマをB9Creations技術を使って3Dプリントされた型に流し込んで作製された。また、近接検出にはマイクロLiDAR光センサも含んでいる。このリアルタイム物体検出は、迅速に切替え可能な接着剤と組み合わせることで、人の動きに関連する時間スケールで物体操作を可能にする。