PHOTOGRAPH COURTESY OF CARNEGIE MELLON UNIVERSITY

英語で「sleepy plant」や「shy plant」と呼ばれるオジギソウ（別名「眠り草」）は、名前にぴったりの植物だ。葉に触れると、恥ずかしがっているかのように全体が丸まりながら、それぞれの葉が内側に閉じていく。魔法のような動き方だし、脳をもたない生物にしては驚くべき反応だ。

いま、このオジギソウから学んだロボットが開発されつつある。カーネギーメロン大学の研究者たちが、3D印刷した導電性素材と紙を使って、見た目は単純そうなアクチュエーター（ロボットを動かすモーター）を開発したのだ。インクを載せた素材に電流を流すと形が変わり、ゆっくりと動く。こうした紙製のアクチュエーターは頑丈とは決して言えないが、ロボット工学のなかに自分の居場所を見つけられるはずだ。

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この芸当を可能にしているのは、ポリ乳酸（PLA樹脂）と呼ばれる形状記憶性能があるサーモプラスティック（熱可塑性樹脂）の一種だ。導電性のあるグラフェンと組み合わさって、3Dプリントされた「インク」を構成している。

このインクをプリンターで紙に印刷したら、その紙を温度が71℃のオーヴンに入れる。加熱が終わったら取り出して曲げ、その素材に「記憶」させたい形状にする。これが何もしていないときの紙の形状になる。

熱と形状記憶効果を利用

紙製のグリッパーを見てほしい（下の動画）。電流が流れると紙は発熱し、サーモプラスティックが活性化して柔らかくなる。サーモプラスティックの可塑性が高くなる一方で、紙の元々の堅さがあるため全部が平らになる。このためグリッパーの指は、電流が流れると伸びた状態になる。サーモプラスティックが冷えて堅くなると、元々の曲線的な形状に戻って物をつかむのだ。

熱源がないときは、元の形状に戻る。このシステムの開発を支援したロボットデザイナーのライニン・ヤオは、「堅くなって、もう一度基盤の紙が引っ張り上げられます。形状記憶効果があるからです」と語る。

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研究者たちはこのシステムを改良して、人が触れたときにも反応するようにした。指が触れるとマイクロコントローラーが検出して、回路の静電容量が変化する。このようなタッチセンサー式のアクチュエーターを備えた「ロボット植物」は、触れられると本物のオジギソウと同じように自然に丸くなる。

また研究チームは、触れると点灯するライトも開発した。垂直に立つ紙の支柱が変形することで、ライトの形が変わるようになっている。

ただし元の形状には、それほど短時間で戻るわけではない。サーモプラスティックは、電気熱源が除去されたあとに空冷で硬くなることで、決まった形に戻るからだ。このため将来的には、3Dプリントされたサーモプラスティックの「インク」の代わりに、もっと多孔質の素材が使われる可能性がある。「多孔質なら、より多くの空気が素早く通過できます」とヤオは述べる。

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もうひとつの欠点は、当然だが紙は最も頑丈な素材とは言えないことだ。それに燃えやすいという厄介な特徴もある。このため紙のアクチュエーターは、製造現場のロボットとしては活躍できないだろう。

だが、子どもやペットに優しいロボット向けならどうだろうか。あり得る話だ。この新しい紙のシステムのような「ソフト」なロボットは強度に欠けるが、人と仲良くなるのが非常に得意である。それにとにかく安い。使い捨てが最優先される状況であれば重宝されるはずだ。

熱の非効率さが課題

だが、もっと大きな問題がある。熱の性質そのものだ。「これは非常に単純な方法を採用しています。つまり、ジュール加熱で熱膨張を起こすというものです。使用する制御装置と素材は安価ですが、非常に非効率です」と語るのは、機械エンジニアのニコラス・ケラリスだ。

彼はアクチュエーターを研究しているが、ヤオたちの研究にはかかわっていない。最初に使う電気は高品質なエネルギーだが、熱は効率的とは言えない。

「この研究で開発された紙のアクチュエーターには強度がないので、将来性は構造が変形するアートやインタラクティヴなデザインにあると思います」とケラリスは言う。「恥ずかしがるロボット植物」をつくるようなイメージだ。それが未来の展望でないとしたら、何が展望なのか正直わからない。