ヨハネス・ケプラー大学リンツの科学者チームが直面した小さな挑戦ではありませんでした。
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彼らは、スーパーグルーをさらにスーパーにすることができますか？
研究者たちは、特に厄介な問題に取り組んでいました。ハイドロゲルに材料を結合することに関しては、水に懸濁したポリマーで構成された柔らかくて柔らかい物体で、接着剤はあまり効果的ではありませんでした。 ヒドロゲルが引き伸ばされると、結合は脆くなり、引き離されました。 （2つのJell-Oキューブを接着しようとすることを想像してください。）これは、ヒドロゲルに依存する「ソフト」エレクトロニクスとロボット工学の急成長分野におけるジレンマでした。
ハイドロゲルは長年、傷やソフトコンタクトレンズのドレッシングに使用されてきましたが、最近では、薬を送達できる電子「バンドエイド」から伸縮性のある電子機器に至るまで、非常に多くの革新的な製品の重要なコンポーネントになりました人の体内に埋め込むことができる小さなゼリーのようなロボット。
科学者は、紫外線処理によりヒドロゲルを他の物体に付着させることができますが、このプロセスには1時間もかかります。 あまり効率的ではない、とオーストリアの研究者の一人であるMartin Kaltenbrunnerは言います。
「柔らかい素材と硬い素材の間のギャップを埋めることは、現場の誰にとっても大きな課題です」と彼は言いました。 「私たちは、迅速で普遍的な、ヒドロゲルを多様な材料に結合する、Do-it-at-home方式であるラピッドプロトタイピングを本当に探していました。 そこにあったことは、ラボで実装して日常的に使用するにはあまりにも実用的ではありませんでした。」
チームは何がうまくいくかについて多くのことを考えました。 誰かがスーパーグルーを提案しました。 ヒドロゲルは主に水であり、水が反応を引き起こすため、接着剤は物を結合します。
しかし、それはそれほど簡単ではありませんでした。 Kaltenbrunnerと他の研究者が既製のスーパーグルーを使用しようとしたとき、うまく機能しませんでした。 乾燥し、ヒドロゲルが伸びると、結合が再び割れて破損しました。
その後、誰かが非溶剤を追加するというアイデアを思い付きました。これは接着剤に溶けず、硬化しないようにします。 それは接着剤が実際にヒドロゲルに分散するのを助けることができます。
そして、それが答えでした。
シアノアクリレート（スーパーグルー中の化学物質）と非溶剤を混合すると、接着剤の溶解が抑えられ、材料を押し付けると、接着剤がヒドロゲルの外層に拡散しました。 「水はシアノアクリレートの重合を引き起こします」とカルテンブルナーは説明し、「そしてそれはゲルのポリマー鎖と絡まり、非常に強靭な結合をもたらします。」つまり、接着剤は表面の下に浸透しました。ヒドロゲルとその分子との接続により、数秒以内に強力な付着が形成されます。
研究者たちは、ヒドロゲル片をエラストマーと呼ばれる弾性のあるゴム状の材料に結合したときに何かに取り組んでいたことは明らかでした。 「最初に認識したのは、結合がまだ透明で伸縮可能であったことです」と、カルテンブルナーは言いました。 私たちは以前に他の多くの方法を実際に試しましたが、時には最も簡単な方法が最善であることが判明しました。」
ハイドロゲルの接着に関するハウツービデオは次のとおりです。
科学者は、「電子スキン」のストリップ、バッテリー、プロセッサ、および温度センサーを接着するヒドロゲルバンドを作成することにより、新しい接着剤をテストに使用しました。 ワイヤレス接続を介してスマートフォンにデータを提供できます。
また、脊椎の劣化した椎間板を修復するためにハイドロゲルが使用された人工椎骨のプロトタイプも作成しました。 Science Advancesで最近公開された研究に関するレポートによると、接着剤を使用すると、脊椎を通常よりもはるかに迅速に組み立てることができます。
Kaltenbrunnerは、「ソフトロボット革命」の一部として接着剤の可能性が大きいと考えていると述べました。 手の大きさほど、octobotにはハードエレクトロニックコンポーネントはなく、バッテリーやコンピューターチップもありません。 代わりに、過酸化水素はロボット内部のプラチナの斑点と相互作用し、オクトボットの触手を膨らませて屈曲させるガスを生成し、水を通して推進します。
今のところ、その動きはほとんど制御されていませんが、科学者は、物体に向かって、または物体から離れるように操作できるセンサーを追加できることを望んでいます。 そこで新しい接着剤が役立ちます。
しかし、新しいタイプのスーパーグルーの未来はまだ形をとっています。 Kaltenbrunnerは、市場で入手可能になるまでにさらに3〜5年かかる可能性があると推定しています。 それでも、彼はかなり楽観的です。
「私たちの方法は簡単に再現できるので、他の人も一緒になってさらに多くのアプリケーションを見つけることを願っています。」
