導電性高分子の電解伸縮による人工筋肉の開発

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導電性高分子の電解反応過程で発生するフィルム変形のソフトアクチュエータ応用について調査検討を行った。ポリピロールは電解重合法による成膜時において使用する支持電解質種により、フィルム伸縮・膨張の電解極性を反転可能であることが明らかとなった。即ち、嵩高いアニオン中での電解重合により作成されたポリピロールは、カソード膨張性を示す一方、比較的小さなアニオン中で作成されたポリピロールフィルムはアノード膨張性を示す。この相反的な変形極性を積極的に応用することにより、屈曲運動量を飛躍的に増加させたバイモルフフィルムの作成に成功した。これは、アニオン・カチオン両イオンの運動により動作することから、バイアイオニックアクチュエータと称することが出来る。更に、本素子はパターン化が可能であり、例えば折畳み展開機能を有する電解スプリングの作成が可能であり、そのデモンストレーションに成功した。この電解スプリングは、バイモルフ素子を組み合わせて作成した一種のリニアーアクチュエーターであり、その伸縮運動量は50%以上に達する。バイアイオニックアクチュエータはパターン化技法の導入によりさまざまな変形挙動を示すフィルムを作成することが可能で、今後の応用展開が期待される。ポリピロール単膜の電解変形特性をさまざまな電解質環境下で駆動評価したところ、NaCl水溶液中では中濃度で最大の変形量が観測された。これは、電解変形が電解液のイオン電導度によらず、濃度に依存することを示唆する。また、複雑な支持電解質で構成された電解液中でも、電解変形はその変形量を保持し、伸縮駆動を示した。例えば、生体液に近い構成の電解液、或いは海水に近い構成の電解液中でも、その伸縮駆動性は低下しなかった。以上の点は、生理食塩水等の環境内や海水等の中でも、本素子が特別劣化を示すことなく、その駆動性を保持することを意味し、その応用性が期待される。