「現在の自己修復材料の課題の一つは、透明性がなく、濡れた状態では効率的に機能しないことです」と、シンガポール国立大学で材料科学工学の准教授を務めるBenjamin Tee氏は話す。
「こうした欠点があるため、雨天などの濡れた環境下での使用が必要になることの多いタッチスクリーンのような電子機器用途には適しにくいのです。
「その考えから、私たちはクラゲに注目しました。クラゲは透明で、濡れた環境を感知できます。そこで、クラゲの耐水性を模倣しつつ、タッチに反応する人工材料をどう作れるかを考えたのです」とTee氏は話す。同氏は長年電子皮膚の研究に携わっており、2012年に世界初の自己修復型電子皮膚センサーを開発したチームの一員でもあった。
「将来的には、電子機器が自己修復機能を備え、世界の電子廃棄物の量を減らせるようになることを期待しています……」
研究者らは、フルオロカーボン系ポリマーとフッ素を多く含むイオン液体からなるゲルを作製した。両者を組み合わせると、ポリマーネットワークがイオン液体と高い可逆性を持つイオン-双極子相互作用を通じて結合し、自己修復が可能になる。
「ハイドロゲルのような従来の導電性ポリマーゲルは、水中に沈めると膨潤し、空気中では時間とともに乾燥してしまいます」とTee氏は話す。「私たちの材料が異なるのは、濡れた環境でも乾いた環境でも形状を保持できることです。海水中でもよく機能し、酸性やアルカリ性の環境でも使用できます。」
研究チームは、この材料を電子回路として印刷し、電子皮膚を作製した。柔らかく伸縮性のある材料であるため、触れられたり、押されたり、ひずみが加わったりすると、その電気的特性が変化する。
「この変化を測定し、読み取り可能な電気信号に変換することで、さまざまなセンサー用途を広く実現できます」と、NUSバイオメディカル研究所（グローバル健康研究・技術）にも所属するTee氏は話す。
「本材料の3Dプリント適性は、ロボット用途に使える完全透明な回路基板の作製にも可能性を示しています。この材料が、新しいタイプのソフトロボットにおける多様な用途の開発に役立つことを期待しています。」
ソフトロボットおよびソフトエレクトロニクス全般は、人間と機械のインタラクションのために機械的な柔軟性を高めることを目的として、生体組織を模倣している。従来のソフトロボット用途に加え、本材料の防水技術により、水陸両用ロボットや耐水性電子機器の設計も可能になる。
この皮膚のもう一つの利点は、廃棄物を削減できる可能性があることだ。
「壊れた携帯電話やタブレットなどの機器から生じる電子廃棄物は、世界中で毎年数百万トンに上ります。知的材料で作られた電子機器が自己修復機能を備え、世界の電子廃棄物の量を減らせる未来を実現したいと考えています」とTee氏は話す。
Tee氏とチームは、この材料のさらなる可能性の探究を目指している。「現在は、この材料の総合的な特性を生かし、新しい光電子デバイスの開発に取り組んでいます。これは多くの新しい人間と機械のコミュニケーションインターフェースに活用できる可能性があります」と同氏は話す。
本研究はNature Electronicsに掲載された。共著者には清華大学およびカリフォルニア大学リバーサイド校の研究者も含まれる。
