藻類で動く軟らかいロボットアーム、光で曲がり物をつかむ

光とpHで曲がる仕組み

光が当たると藻類は光合成を行い、二酸化炭素を吸収して窒素を固定する。その結果、周囲のpHが塩基性に傾き、反応性ハイドロゲルが膨らむ。暗くなると呼吸で二酸化炭素が放出されてpHが酸性に戻り、ゲルは縮む。2層の体積差が曲がりを生む。pH3〜7ではこの層は元の重量の約37%に縮み、pH11では4倍になった。

pHに反応するソフトロボットは他にもあるが、通常は周囲の液体全体の化学条件を変える必要がある。藻類を使う方式は影響が局所的で、環境への負荷を抑えたい用途に向くという。

速度は課題、応用は多岐に

動作は速くない。化学的な変化は光を当ててから約20秒、暗くしてから約10秒で始まるが、ハイドロゲルが大きく曲がるまでには数時間かかる。

チームは試作に続き、光で閉じる4本指のグリッパーを製作し、中空の金属球を持ち上げ、消灯で放すことに成功した。フック型のグリッパーはゴムの輪を持ち上げて置けた。対象はいずれも小さなクリップよりはるかに軽い。

研究チームは、農業用の自動機器やラボオンチップの流体制御、水中ロボットなど、環境に応答する自律型ソフトロボットへの応用を目指す。藻類は遺伝子改変が不要なため、微生物技術に付きまとうバイオセーフティ上の懸念もないという。