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スマート高分子材料を使った新しい接着剤、ソフトロボットの开発。
现代の课题に応える新しい光解体性接着剤。
私の研究テーマは机能性色素と高分子をかけ合わせて作る、スマート（刺激応答性）高分子材料の开発です。高分子とはプラスチックや树脂、ゴムなどの材料の総称です。机能性色素とは热や光などの外部刺激によって色などの性质が変化する色素のことで、身近な例として、紫外线を受けると色が変わるサングラスや、ボタン操作で日よけができる飞行机の窓（电気シェード）などにすでに応用されています。机能性色素には他にも光で液状化したり、力を与えると発光したりと様々な机能を持つものがあり、そうした色素を高分子に导入することで新しい机能を持つ材料の开発を目指しています。现在は力、光、电気に応答する机能性色素を中心に、接着剤の开発とソフトロボットへの応用などについて研究中です。
まずは接着剤についてお话ししましょう。现在、あらゆる分野でマルチマテリアル化が进んでおり、异なる种类の复数の材料を组み合わせるために、将来的には接着接合が主要な手段になっていくと考えられます。さらに、リサイクルによる资源循环が社会课题となっており、解体しやすく被着材への影响を最小限に抑えられる接着剤への需要が高まっています。研究では车や航空机、福祉用具などでの利用を想定した金属と树脂の接着を目指し、光刺激で解体できる2种类の接着剤を试作しています。1つは极性（亲水性?疎水性）が変化する机能性色素を用いたもので、紫外线で强く接着し可视光で剥がれます。现状、この接着剤は紫外线を照射したときに縦横1肠尘の接着面积で数办驳の重さに耐えることができます。
もう1つは热の影响を受けにくく、光だけに応答してガラスと液体の状态を行き来することができる接着剤です。可视光が当たると硬いガラスの状态になって强く接着する一方、紫外线を当てると液体になって剥がれます。现状の课题は、强度が実用に使えるような値にまだ届いていないことです。これは机能性色素や高分子の构造を変えることで解决します。みなさんが化学と闻いて想像される、フラスコに材料を入れて振って混ぜる、あれで构造を変えた分子や高分子を作ります。専门的には有机合成と言いますが、机能性色素、高分子ともにオリジナルのものを作ることができ、目的や用途に合わせて可能性を追求しています。
有机合成の様子
将来的に光解体性接着剤が利用可能になると、リサイクルのしやすさはもちろん、仮接着ができるといった特徴が重宝されるのではと考えています。狙った场所だけをすぐにくっつけたり剥がしたりできるという扱いやすさで、模型などの用途にも応用されるかもしれません。
人と触れ合うロボットに必要な”柔软さ”を実现する。
続いて、ソフトロボットについてご绍介します。ソフトロボットとは构造的に柔らかさを持つロボットで、繊细な力加减が必要とされるシーンでの利用が想定されます。これから先のロボットは、さらに密接に人と関わり、日常生活に溶け込むようになると考えられます。人と直接触れ合える柔らかさを持つ安全なロボットを开発するために、スマート高分子材料を使ったソフトアクチュエーターの开発を行っています。アクチュエーターとはエネルギーを动作に変换する装置のことで、ソフトアクチュエーターは素材そのものが伸び缩みする力を利用して动くことができます。例えばゴムのような柔らかな素材が外からの刺激を受けて、手で触らなくても胜手に伸缩するようなイメージです。用途や特性を踏まえ、研究では电気エネルギーでの制御に挑戦しています。
通常、电気でアクチュエーターを动かすには电源に繋がったプラスとマイナスの电极でアクチュエーターを直接挟む必要がありますが、実験ではアクチュエーターを电极から离して少し远い位置に置いても、ワイヤレスで作动できることを実証しました。配线がなくなったことで様々なものへの応用が期待できます。また、机能性色素の割合を増やすと伸缩も大きくなるという结果が得られ、用途に合わせて伸缩度を调整できることも判明しました。反面、繰り返し刺激を与えると反応が悪くなるという结果が出ており、耐久性を高めることが今后の课题です。
実験に使ったアクチュエーターは一辺が约1尘尘の立方体ですが、より小さなサイズに小型化することもできます。ソフトロボットは比较的新しい分野で、アクチュエーター自体は手の代替というイメージが强いのですが、体に装着して使用するウェアラブルデバイスにも活用できないかと思案中です。ゆくゆくは、厂贵に出てくるような体内で动くロボットの研究にも着手したいですね。小さなスケールでの応用は素材そのものが伸缩する机能を持っていないと难しいと感じており、その柔らかさを活かしてよりミクロで精密な方へと可能性が広がっていくのではないかと想像しています。
化学はアート。自分でアイデアを出し形にすることを楽しむ。
机能性色素や高分子を扱う研究の魅力は、自身のアイデアや工夫次第で想像したものが创れる点です。色素も高分子も组み合わせ次第で无限に新しいものが生まれる可能性があり、创造力を駆使して様々なことに挑戦することができます。私は大学4年生の顷に初めて高分子の研究に触れ、机能性色素の研究を本格的に始めたのは広岛大学に赴任してからです。4年生で研究を始めたばかりの顷は自分が研究者になるとは一切思っておらず、研究を进めるうちに楽しさに目覚めていきました。
大学院生のときに読んだ本（安宅和人著「イシューからはじめよ 知的生産のシンプルな本質」）に、1938年にノーベル物理学賞を受賞したエンリコ?フェルミ先生の言葉、『実験には2つの結果がある。もし結果が仮説を確認したなら、君は何かを計測したことになる。もし結果が仮説に反していたら、君は何かを発見したことになる。』が書かれており大変印象に残っているのですが、私自身も予想しなかった結果が得られたときや、新しいアイデアを考えているときに研究の楽しさを強く感じています。化学は結果がすぐに出るので、何度でもトライできる（仮説→実験→考察→仮説のサイクルを回せる）点も魅力です。
仮説を立てたり新しいアイデアを考えたりする上で学生とのディスカッションも非常に有意义な时间で、自分で见つけた新しい结果や思い浮かんだアイデアを持ち寄ってくれると嬉しくなります。学生の进路としては化学メーカーに就职する人が多い印象です。おもしろそうだからと研究室に来る学生も多く、かつての自分と重なることもしばしばですが、自分のセンスで新しいものを考え形にする过程を楽しんでもらえていると感じています。
2016年にノーベル化学賞を受賞したサー?フレイザー?ストッダート先生の言葉に、『化学は単なるサイエンスではなく、創造的なアートでもある』『化学はすべてのサイエンスの中で最もクリエイティブな学問』というものがあります（現代化学 2020年4月号）。また彼は、『すばらしい化学者たちが創り出したオリジナルな分子は、分子を見るだけで誰の研究かすぐにわかる』とも述べており、近い将来、そのようなオリジナルな分子を創ることが私の目標です。興味のある方はぜひ、アーティストのように研究する楽しさを感じに研究室にお越しください。
IMATO KEIICHI
2014年9月 九州大学 大学院工学府 物質創造工学専攻 博士課程修了 博士（工学）
2014年10月 日本学術振興会 特別研究員 PD
2014年11月 スイス フリブール大学 Adolphe Merkle Institute 訪問研究員
2015年4月 東京工業大学 大学院理工学研究科 有機?高分子物質専攻 博士研究員
2016年4月 早稲田大学 先進理工学部 生命医科学科 助教
2019年1月 広島大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 助教
2019年1月 文部科学省 卓越研究員
2020年4月 広島大学 大学院先進理工系科学研究科 応用化学プログラム 助教
2020年6月 文部科学省 HIRAKU-Global 選抜教員
2021年10月 科学技术振兴机构 さきがけ研究者
2022年10月 広島大学 大学院先進理工系科学研究科 応用化学プログラム 准教授
