新しいマイクロ液体ロボット:「食べ物」がある限り、連続的かつ自律的に動作可能

ロボットといえば、おそらくR2-D2やC-3POのイメージが思い浮かぶでしょう。しかし、ロボットは大画面でエンターテイメントを提供する以上のものを提供することができます。実際、研究室では、ロボット システムが反復的なタスクを実行し、強力な化学物質を取り扱うことで、安全性と効率性を向上させることができます。しかし、ロボットが動作を開始する前に、通常は電気または電池からのエネルギーが必要です。しかし、最も洗練されたロボットでもエネルギーが不足することがあります。

科学者たちは何年もの間、電気入力を必要とせずに自律的かつ継続的に動作できるロボットの開発を望んでいました。

最近、ネイチャー・ケミストリー誌に報告されたように、米国エネルギー省ローレンス・バークレー国立研究所とマサチューセッツ大学アマースト校の科学者らは、まさにそれを「水の上を歩く」液体ロボットで実証した。このロボットは小型潜水艦のように水中に潜って貴重な化学物質を回収し、その後浮上してその化学物質を何度も陸上に届けることができる。

この技術は、電気なしで継続的に動作できる初の自己駆動型水上ロボットです。自動化学合成や薬物送達システムとして機能する可能性があります。

「我々は、化学反応を利用して物体の浮力を制御することで、自律的に作動する液体ロボットシステムの設計の障壁を打ち破った」と、この研究論文の主任著者であるトム・ラッセル氏は述べた。ラッセル氏はマサチューセッツ大学アマースト校の客員科学者兼高分子科学工学教授で、バークレー研究所の材料科学部門で液体の適応型インターフェースコンビナトリアル構造化プロジェクトを率いている。

ラッセル氏は、この技術は「液体ロボット」として知られるロボット装置群を大きく進歩させるものだと述べた。これまでの研究では、他の研究者が、タスクを自律的に実行できる液体ロボットを実証しましたが、実行できるのは 1 回だけです。一部の液体ロボットはタスクを継続的に実行できますが、動作を継続するには電力が必要です。対照的に、「私たちの液体ロボットは周囲の媒体から化学的に電力や『食料』を得ることができるため、電気エネルギーを供給する必要はありません」とラッセル氏は説明した。

バークレー研究所の材料科学部門での一連の実験を通じて、ラッセル氏と第一著者のガンフア・シェ氏は、液体ロボットに塩を「与える」と、周囲の液体溶液よりも重く、密度が高くなることを発見した。

バークレー研究所分子ファウンドリーの共同研究者ポール・アシュビー氏とブレット・ヘルムズ氏が行った他の実験では、液体ロボットが化学物質を輸送する仕組みが明らかになった。

液体ロボットは溶液よりも密度が高いため、直径わずか 2 ミリメートルの小さな開いたポケットのように見え、溶液の中央に集まり、選択された化学物質で満たされます。これにより反応が引き起こされ、小さな風船のように機能する酸素の泡が生成され、液体ロボットが水面に浮かび上がりました。

別の反応として、液体ロボットをコンテナの端まで引き寄せ、そこで「着陸」して積荷を降ろします。

液体ロボットは時計の振り子のように前後に動き、システム内に「食べ物」がある限り連続的に動作することができます。

レシピに応じて、一連の液体ロボットが同時にさまざまなタスクを実行できます。たとえば、液体ロボットの中には、環境内のさまざまな種類のガスを検出できるものもあれば、特定の種類の化学物質に反応するものもあります。この技術により、自律的で継続的なロボットシステムが臨床応用や創薬および合成用途向けに少量の化学サンプルをスクリーニングすることも可能になる。

ラッセル氏とシー氏は次に、この技術をより大きなシステムに拡張する方法を研究し、固体表面でどのように機能するかを調査する予定です。