Development of Robot Crystals freely moving by heat and light

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H03107
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Organic and hybrid materials
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Koshima Hideko 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, その他(招聘研究員) (20304644)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: メカニカル結晶 / 有機結晶 / 光異性化 / 相転移 / 光熱効果 / 固有振動

Outline of Final Research Achievements

Mechanically responsive organic crystal materials that move macroscopically by external stimuli such as light and heat are expected to be applied to soft robots. The achievements of this study are the elucidation of the mechanism that crystals locomote by thermal phase transition, the discovery and mechanism elucidation of a new photo-triggered phase transition, the discovery and mechanism elucidation of high-speed bending by photothermal effect, and the discovery of high-speed bending by natural vibration. Until now, the driving mechanisms of crystal actuation have been limited to photoisomerization and phase transition, but this research has added photothermal effect and natural vibration as new driving mechanisms, greatly expanding the potential of organic crystals as mechanical materials.

Free Research Field

化学、材料化学、有機固体化学、光化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

熱相転移による結晶移動、光トリガー相転移、光熱効果による高速屈曲、固有振動による高速屈曲はいずれも初めての発見である。これまでメカニカル結晶の大部分は光異性化に基づいていたが、光異性化は限られた結晶にしか起きない、分厚い結晶は屈曲しない、屈曲が遅いなどの難点があった。光熱効果と固有振動は共に殆どの物質に起きる物理現象のため、あらゆる結晶を高速で動かすことができ、光異性化、相転移では望めなかった多種多様なメカニカル結晶を開発できる可能性がある。将来、従来の金属部品を組み合わせた硬くて重いロボットではなく、柔らかくて軽いソフトロボットが実現し、人々の生活の向上に貢献できると期待される。