重さは1,25グラムと、硬貨ほどしかありません。しかし、何かを持ち上げようとすると、この小さなポリマーは人間の筋肉では不可能な力を発揮します。5キログラムの重量を支えることができるのです。 重量の4000倍。 これはサーカスのスタントではありません。まるで個性があるかのように状態を変化させるスマート素材の長年の研究の成果です。柔軟性が必要な時には柔らかく、負荷を支える時には硬くなります。まるで、背骨を折る必要がある時にだけ目を覚ます同僚のようです。ただし、この同僚は…によって開発された磁気アクチュエータです。UNIST大学 韓国では、ロボットや義肢、ウェアラブル機器に対する私たちの考え方を変える可能性がある。
ソフトアクチュエータの問題：強度か柔軟性か
人工筋肉は常に妥協の問題でした。 人間を傷つけずに相互作用するのに最適な、柔らかく適応性のある素材を使用することも、重い荷物を持ち上げることができる剛性とパワーを備えたアクチュエータを使用することもできます。しかし、両方を同時に実現することは決してできません。これはソフトロボティクスの典型的な問題です。柔軟な素材は負荷がかかると壊れ、硬い素材は複雑な環境に適応できません。 フン・ウィジョンUNISTの機械工学教授である彼は、この不安定なバランスを打破することを決意した。彼のチームはその結果を 高度機能材料まさに、両立できることを証明している。というか、必要な時にはゴムのように柔らかく、肝心な時には鋼鉄のように硬くなる筋肉だ。
その秘密は二重格子ポリマーにあります。全く新しいコンセプトではありませんが、ここではそれをエレガントに実現し、違いを生み出しています。この素材は 化学的な共有結合 耐荷重構造の場合、機械的耐性を保証するもの、および 熱に敏感な物理的相互作用 柔軟性のために。温度に応じて変形したり破壊したりすることで、筋肉を自由に柔軟にしたり、緊張させたりすることができます。表面処理された磁性微粒子を加えることで、外部磁場にミリ単位の精度で反応するアクチュエーターが完成します。
硬直した状態では、この1,25グラムの筋肉は 5キログラム軟化状態では、 12回 元の長さに戻る。収縮すると、86,4%人間の筋肉の約40%の2倍以上です。作業密度は 1150 kJ/m³生物の筋肉組織の30倍にもなります。
剛性変化の仕組み
鍵は二層ポリマーネットワークにあります。鋼鉄の梁（共有結合）と弾性コード（物理的相互作用）でできた構造を想像してみてください。寒いときにはコードは硬くなり、すべてが固体になります。暑いときにはコードは柔らかくなり、構造は変形します。ただし、ここでは周囲の熱や寒さではなく、 制御された熱刺激 これにより、瞬時に状態を切り替えることができます。残りの機能は磁性微粒子が担います。磁性微粒子は外部磁場に反応し、アクチュエータの動きを物理的な接触なしに制御します。
このシステムの素晴らしい点は、重いバッテリーや煩わしいケーブルを必要としないことです。磁石で遠隔操作できるため、重量やサイズが重要な用途に最適です。 高度な義肢, ロボットの外骨格, ウェアラブルデバイス近くに磁場がある限り、アクチュエータは反応します。何かを持ち上げたい時は硬くなり、曲げたい時は柔らかくなります。まるで生物のスイッチのようですが、生物学的な要素は含まれていません。
応用：ヒューマノイドロボットから義肢まで
このような人工筋肉はどこで使われるのでしょうか？システム内で繊細な相互作用と力強い動作が求められるあらゆる場面で使われます。 協働ロボット 協働ロボットは最適な候補です。人間に危害を与えることなく作業するだけでなく、産業用貨物を持ち上げることも求められます。これまで、これは不可能な課題でした。しかし、剛性の異なるアクチュエータを使用することで、問題は材料から制御へと移行します。つまり、いつ硬くなり、いつ柔らかくなるかをプログラムするだけで済むのです。
Le ロボット義肢 もう一つの明らかな分野です。 イタリアのGRACEマッスルで既に見られるように生物の筋肉を模倣したアクチュエータは、より自然で正確な動きを可能にします。しかし、韓国のアクチュエータはさらに進化しています。単に模倣するだけでなく、それを凌駕するのです。このアクチュエータを搭載したロボットハンドは、クリスタルガラスを割ることなく掴み、20キログラムのスーツケースを持ち上げることができます。これらすべてを同じ「筋肉」で実現しているのです。
次に、 ウェアラブルデバイス リハビリテーション用。運動障害のある人を支援する外骨格、重い荷物を持ち上げる作業員のためのロボットスーツ、握力を強化する手袋。これらの分野では、人間の動きに追従する柔軟性と、労力を補助するパワーが求められます。UNISTアクチュエータは、これらのデバイスを軽量化し、かさばらず、エネルギー効率を向上させることができます。
重要な数字
直接比較してみましょう。平均的な人間の筋肉は約40%収縮し、約40 kJ/m³の作業密度を発生し、自重の約30倍までの荷重を支えることができます（最良のケースでは、トレーニングを行えば）。韓国製アクチュエータは86,4%収縮し、1150 kJ/m³の作業密度を発生し、自重の4000倍の荷重を支えることができます。 これは漸進的な改善ではなく、パラダイムシフトです.
チョン教授は、 2025年9月に発表された研究この研究は、従来の人工筋肉が「伸縮性は高いが弱い」、あるいは「強度は高いが硬い」という根本的な限界を克服しました。特に重要なのは、筋肉が単位体積あたりにどれだけのエネルギーを供給できるかを示す仕事密度です。高い伸縮性を維持しながら高い値を達成することは、常に課題でした。まるで鉄棒にもなる輪ゴムを作ろうとするようなものです。しかし、今回の研究はそれを実現しました。
この研究は、 韓国国立研究財団 これはソフトロボティクス分野における大きな前進です。開発されたアクチュエータは、今後数年間で以下のような用途に応用される可能性があります。 人型ロボット, 産業用ハンドリングシステム e 高度な医療機器.
アクチュエータと筋肉 2.0: まだ何が足りないのか?
もちろん、すべてが完璧というわけではありません。実験室で試作された製品は、管理された条件下では非常にうまく機能しますが、現実の世界はより複雑です。これらのアクチュエータは、繰り返しのストレス下でどれくらい持続するのでしょうか？極端な温度、湿度、振動にどのように対処するのでしょうか？そして何よりも、工業規模で生産するにはどれくらいのコストがかかるのでしょうか？この研究ではこれらの詳細には触れられていませんが、これらの疑問はすぐに浮かび上がってくるでしょう。
次に制御の問題があります。硬さを変えることは有用ですが、いつそれを行うかを決定する高度な制御システムが必要です。例えば歩行ロボットでは、各脚は互いに同期しながら、1秒間に数十回硬直したり緩めたりする必要があります。センサー、アルゴリズム、そしてリアルタイムフィードバックが必要です。材料技術は既に整っていますが、制御技術はまだ進化が必要です。
最後に、標準化の問題があります。各研究室は、材料とプロセスがわずかに異なる独自のアクチュエータを開発しています。共通の基準、再現可能なテスト、そして共通の指標が必要です。そうでなければ、すべてが学術論文に限定されてしまい、読むには素晴らしいものの、実際にロボットを作りたい人にとっては役に立たないものになってしまいます。
とはいえ、UNISTの研究は重要な前進です。ソフトロボティクスのあらゆる問題を解決するわけではありませんが、強度と柔軟性のトレードオフという大きな問題を解決しています。根本的な問題を解決すれば、他の課題への取り組みも容易になります。少なくとも、不可能ではないでしょう。これは科学研究における既に大きな成果と言えるでしょう。
