公募研究
化石燃料やその産物としての電力に依拠した既存の機械システムに代わる、クリーンで安全かつ高効率なデバイス開発は現代諸分野が抱える共通課題である。その解決策としてこれまで代表者は、化学エネルギーのみで多彩で高効率な機能を発現でき、材料は自然に還元される生物機能に着目し、これと人工物を融合した新機能デバイスを開発してきたが、神経や血管等も含む動物の複雑な組織切片の機能維持やデバイス搭載は難しく、倫理的問題もあり、単発機能実証に留まっていた。そこで、本研究では、切片の生育が容易で倫理的な問題も少ない植物であるオジギソウの機械・光・熱刺激等によるマルチセンシング・情報伝達・運動機能に着目し、それらのデバイス集積化による流体制御デバイス・ロボット・発電機といったスマート(多機能)デバイスを創成する。当該年度は、前年度までに調査した、オジギソウの基本特性としての発生力の測定やそのサイクル時間、また枝だけ切り離した場合のプロパティ計測結果などをもとに、実際のデバイスを設計試作した。具体的には、流体デバイスの液体の流れを操作するためのバルブを作製した。実際には、マイクロ流体チップ上にマイクロ流路とチャンバーを作製したもので、チャンバーの膜上に置いた金属の錘にオジギソウの枝が滑車を通してワイヤでつなげられ、枝が下がると錘が持ち上がり、ふさがっていた流路が開く仕組みとした。オジギソウの力の測定では、鉢植えのオジギソウではバルブの開閉に十分な15mN、枝部分だけを切り離した状態でも枝を二つ使えば同等の力が出せることが分かった。バルブの動作実証実験では、バルブの開いた状態が鉢植えの枝では約8分間、枝だけの状態では約2分間持続した。いずれもバルブの開閉を3回繰り返すことができ、耐圧は4.2kPaと、このサイズのバルブとしては圧電素子を用いた既存のものに匹敵する機能を持つことを確認できた。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 備考 (1件)
PLOS ONE
巻: 15 ページ: e0232518
10.1371/journal.pone.0232518
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http://ibd.riken.jp/
