【研究】MIT、水蒸気で駆動する高分子フィルムを開発。人工筋肉や環境発電デバイスに利用

マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究チームが、水蒸気を吸収することで形状が変化する
高分子フィルムを開発した。フィルムの連続的運動を人工筋肉や環境発電デバイスとして利
用できるとみられる。2013年1月11日付けの Science に論文が掲載されている。

周囲の水蒸気を吸って発電できるため、環境センサ用の自立電源として利用すればセンサの電
池交換が不要になる。ロボットの手足を動かすための人工筋肉としても利用可能であるという。

研究リーダーのMIT教授 Robert Langer 氏は、「機械的運動を電気に変換する効率がより高くな
れば、応用範囲はさらに広がる」と話す。
システムの大規模化が実現すれば、川や湖などに設置する水蒸気発電機や、発汗を利用するウェ
アラブルエレクトロニクス用小型電源などにも応用できる可能性があるとする。

今回開発されたフィルムは、2種類の高分子（ポリピロールとポリオール-ホウ酸塩）を結合させ
たネットワークでできている。ポリピロールは強度がある柔軟な母材であり、構造支持体として
機能する。ポリオール-ホウ酸塩は軟らかいゲルであり、水を吸うと膨張する。

先行研究で作られた水応答性フィルムはポリピロールだけを使っており、極めて弱い応答しか得
られなかった。ポリオール-ホウ酸塩と組み合わせることで、変形量が飛躍的に増大し、より強
い力を出せるようになった。

水応答性フィルムでは、乾燥した環境と水分を多く含む環境の間の水勾配から生じるエネルギー
が利用される。膜厚20μmのフィルムを微量の湿気を含んだ表面上に置くと、フィルムの下層部が
水蒸気を吸収することで変形し、表面からフィルムが巻き上がるような動きが生じる。
巻き上がったフィルムが空気に曝されると、水蒸気は急速に放出される。
フィルムはでんぐり返しして再び表面上にもどり、以下同様に繰り返す。
この連続的な動きによって、水勾配の化学的エネルギーが力学的エネルギーに変換される。

このようなフィルムは、アクチュエータや発電デバイスとして働くことができる。アクチュエ
ータ材料としては非常に大きな力を作り出せる。
研究チームは、25ミリグラムのフィルムによって自重の380倍の重さのスライドガラスを持ち
上げられることを実証した。
自重の10倍の重さの銀ワイヤを運ぶこともできた。
水だけをエネルギー源とするフィルムによって、現在小型ロボットの手足制御に使われている
電気駆動のアクチュエータを代替できる可能性がある。
その場合も大量の水は不要で、極めて少量の水蒸気があれば足りる。
また、温度や酸性度に応答するアクチュエータと違って環境条件の操作が必要ないことも、今
回のフィルムの長所であるという。

高分子フィルムと圧電材料を組み合わせることで、力学的エネルギーを電気に変換することも
できる。今回のシステムでは周波数0.3Hz程度の交流電流、1.0V程度のピーク電圧が確認されて
おり、平均5.6ナノワットの出力で発電が行える。これをキャパシタに蓄電して、温度センサや
湿度センサなどの超低消費電力のマイクロデバイスの電源として利用することができるという。

SJNニュース
http://sustainablejapan.net/?p=3465

人工筋肉の動画
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=cXujS-Nr7o0

Science/impact factor 31.20(2011年)
「Bio-Inspired Polymer Composite Actuator and Generator Driven by Water Gradients」
http://www.sciencemag.org/content/339/6116/186.abstract?sid=b5e5504d-00d0-42eb-8ac7-9876f05386d5

＊依頼がありました
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1355754323/87

よくわからんが、デブのシャツにこの素材を使えば、電力問題が解決するって話だな？

デブが汗をかくとシャツが急速に収縮してヒデブ

琵琶湖くらいの湖に設置してどれくらいの発電が出来るんだろうな

フラップターの中身はやかんだったのか

年中蒸気が噴出してる地獄谷においたら凄いんじゃね？

>>2
>>3
お前らほんとに好きだわ

デブって肘とかに紙が張り付くんだよな。たぶん本人は
「あれ？プリントどこ？」とか一瞬思ってるんだろう

動画みたら生きてるみたいで気持ち悪いな

カツオブシから着想したな

>>8

おれの隣のデブは消しゴムが張り付いてたぞ。
必死に探しててﾜﾛﾀ

鉄道の券売機は体重計連動式にすべき
体重に応じて運賃が変動すべき
一人で三人分の体重、二人分の座席を占領するデブと健常者が同じ料金でいいわけがない

>1
夢はドンドン広がります

塗る太陽光発電と合わせて木の葉みたいにぶら下げとけばいいな…

って、キモイわ

スチームパンクの時代が来るのか(´・ω・｀)

>>1
> 水蒸気を吸収することで変形し、表面からフィルムが巻き上がるような動きが生じる。
> 巻き上がったフィルムが空気に曝されると、水蒸気は急速に放出される。
> フィルムはでんぐり返しして再び表面上にもどり、以下同様に繰り返す。
> この連続的な動きによって、水勾配の化学的エネルギーが力学的エネルギーに変換される。

これで蒸気機関車を作りたいわ

スルメをあぶるときの動きと似ている

水蒸気吸ってから変形するまでの時間は短いのかな？
あんまりモッサリしてたら筋肉としてどうかと思うが

スチームパンクな人工筋肉…

確かに蒸気機関っちゃ蒸気機関なんだよな

>>17
スルメと違うところは縮まってもまた伸びることか

>>21
しゃぶると伸びるヨ

>>12
俺だって好き好んでデブやっている訳じゃないんだよ！
デブを差別するな！

>>18
動画見れ。反応速度はかなりのものだぞ。むしろ動きすぎてキモい。

たこ焼きの上に削り節のせたやつやん

髪の毛でも障子紙でもセロハンでも、当たり前の現象じゃねーか

ああ光武の開発メドがついたのか

人工筋肉って医学的に使われるもの？
それともロボットなのか？
いずれにしても水蒸気って使いどころ難しそうだな

>>23
>>2を読め。お前は救世主だ。

>>23
朝食は生の果物だけにしろ。
腹一杯食べてもいい。
それだけで10kgは余裕で痩せる。
糖尿にはならない。

ビデオキモ過ぎる。
湿った床に置くと勝手にのた打ち回るコンブｗｗｗ

>>30
果物は太りやすい。
http://koujiebe.blog95.fc2.com/blog-entry-426.html

ただのかつお節だろwww

水蒸気って相変わらず人類にとって有益ですね

アクリル樹脂の吸水膨張でアクチュエータできるな思ってたがやっぱりやってたか

発想あった
でもコントロールできる？

水蒸気出しっぱなしじゃあだめだからな。駆動できない

間歇泉みたいのがいいんじゃまいか。

突然血圧を上げて激昂する爺さんが最適
そしてクールダウン、チルアウト

反応する温度が変えられるのかな

かつおぶしかよ
次世代食品サンプルキタコレ

う〜む、これを使って実質永久機関的な動作とか無限発電できるかな。

湿度差が激しいところならエネルギー量も大きいな。
砂漠に向いていないか。
汗かきの奴が着ると100mボルト台。
伸縮するのは何となくわかる。

正倉院で使う

銭湯においたらどうか
照明くらいはいけるのかね？

高分子フィルムは甘え

予想以上に生物的動き

髪の毛は湿度が高くなると伸びて低くなると縮む

この現象を使えば髪の毛から筋肉つくれね？
発電もできるかも

もー！雨ってキライよ！髪の毛がくるくるになるんだもん！