カーボンナノチューブで作る人工筋肉 43
ストーリー by hylom
末はターミネーターかレプリカントか、 部門より
末はターミネーターかレプリカントか、 部門より
insiderman 曰く、
SFの世界では、「人間の筋肉のようにしなやかで、かつ何倍、何十倍の力を出せる」人工筋肉というものがよく登場しますが、このような人工筋肉を実現できるかもしれない素材の開発が進んでいます（Nature News、論文Abstruct）。
この素材は長いリボン状のカーボンナノチューブを編んだような構造で、「nanotube aerogel」と呼ばれています。「空気のように軽く、鉄よりも固く、ゴムよりも柔軟」という性質を備えているそうで、電圧を加えることにより人間の筋肉のように収縮するとのこと。カーボンナノチューブに電圧を加えることで編まれたカーボンナノチューブ同士に反発力が生まれ、それにより「人間の筋肉の4000倍」という高速の収縮動作が行えるそうです。
この特性は-193℃という低温や1627℃という高温でも維持されるため、宇宙や燃焼室といった過酷な環境下でも利用できるのも特徴の1つ。さらに非常に軽量で、1オンス（28.3g）あれば1エーカー（約4047平米）の面積をカバーできるとのこと。将来的にさまざま用途での利用が期待されているそうです。
問題は (スコア:4, すばらしい洞察)
価格が釣り合うか? (スコア:2, 参考になる)
アニマトロニクスに使いたくて人工筋肉は結構見ているのですが
カーボンナノチューブを使った物でサンプル価格50万円とかします(苦笑)
国内の類似商品ですが、電解液の中に入れておいてカーボンナノチューブの繊維(?)ともう一個電極が必要で
力はある物の電解液の存在が結構難点かなぁと思いました。
力は今までの物より遙かに強いのですが・・・
私はそれよりも力が劣りますがバイオメタル
http://www.toki.co.jp/BioMetal/Products/WhtsBM.html [toki.co.jp]
を束ねて使おうと思っています。(金属線なので収縮する絶縁体に埋める必要はありますし放熱の問題もあるのですが)
こちらは1m2500円位で手に入るので試作には良いかな・・・と。
#動く尻尾を作るのが目的だったり。
Re: (スコア:0)
こういうのは秋月より千石の方が取り扱ってると思います。
Free Abstract のURL (スコア:2, 参考になる)
記事にあるNatureの記事も、論文Abstractも有料みたいで読めないような…
（職場からだとNatureの購読契約してるので読めるんですが）
誰でも読めるのはこれ↓くらい？
Giant-Stroke, Superelastic Carbon Nanotube Aerogel Muscles [sciencemag.org]
動かすために何ボルト、何アンペア必要なのか知りたい…
（秋葉で売られるようになるまで使う機会はないでしょうけど）
Re:Free Abstract のURL (スコア:1)
>動かすために何ボルト、何アンペア必要なのか知りたい…
論文ではとりあえず数kVぐらいで計測．伸び率は方向により違うし伸び始めはV2っぽく伸びが増えるけれども（ある程度以上ではV2/3的），まあ1kV前後で（厚みとか幅とかのような薄い方向が）20-40%程度伸びるぐらい．
原理的には，細線の集合体をキャパシタの一方の極板と見なし，電圧をかけてキャリアを注入．
そうすると当然のことながらキャリア間に反発が発生して，そのテンションで変形しているという感じ．
箔検電器の仲間みたいな物？
CNTはその独自の特性を使うとかではなく，単に丈夫で低密度に出来る導電性の細線として使ってるだけみたい．
高速の収縮動作？ (スコア:2, 興味深い)
どれぐらいの仕事が出来るのかは言及なし？
Re: (スコア:0)
それだけで1立方メートル？、ムチムチマッチョスーツ？
何万馬力? (スコア:2)
で結局、どれぐらいの出力なんでしょう。
CNT筋肉重量あたり、それとも消費電力あたりで考えた方がいいのかな?あまりに非力だったり電力食いだったりすると実用が難しそうなので。
瞬時に反応する/超軽量、というのはそれはそれでナノマシン開発などに有効そうなイメージですが、大きいものにどの程度対応可能なのかも気になります。
アンドロイドまで後2歩 (スコア:2, 興味深い)
・骨格は出来た
・自律二足歩行もマニュピレータも出来た
・人工筋肉も出来た
・画像認識も音声認識も音声合成も実用的なところまで来た
・造形については言うに及ばず
あとは骨格内に内蔵可能な動力源と知性か。
最低限自力でご飯を炊けないと駄目だ。
Re:アンドロイドまで後2歩 (スコア:1)
あと優秀な人工無脳が必要です。
Re: (スコア:0)
＞最低限自力でご飯を炊けないと駄目だ。
その前に、ご飯から十分な電力が得られるようにならないと・・・
（通常の活動に加えて炊飯器でご飯を炊いたり撮影用ライトを三つ四つ繋いだり）
Re: (スコア:0)
>あとは骨格内に内蔵可能な動力源と知性か。
知性はいらない。
義体化(攻殻機動隊)で解決。
ただあの作品にもバイオロイドやタチコマ/フチコマなど人工知能はあるからな～。
ご家庭にある物で原理実験 (スコア:2, 興味深い)
静電気で広がる毛先を、動作する様子の動画を見て連想しました。
荷造り用のポリエチレン平テープで原理を試せそうです。適当な長さで切って、両端をテープで保護して、中間部を櫛とか剣山で細かく裂いて、適当な重りをつけて周囲から絶縁してぶら下げて、こすった下敷きとかで静電気を加えると、中間部が広がって重りが持ち上がる…と。
試してみました。
PE平テープとかロープとかが無かったので、レジ袋を切って使用。レジ袋は裂けにくいので、カッターで切れ込みを入れて中間部をてきとーに分割。幅12cm、長さは50cmほど、中間部が9分割。
静電気を発生させるには、小さな頃に下敷きでやったように頭でこするのが効果的でした。静電気を抜くには、手のひらで包み込んで何度か撫でるのがよいようです。
＃今はまだ空気が乾燥してますが、梅雨時には部屋を除湿しないと実験できなさそう。
力は弱いのですが、想像したよりは強かったです。こんなにてきとーに作ったのでも、目玉クリップは持ち上がらないけど、大きめのゼムクリップをちょっと持ち上げる程度の能力はありました。
細かく裂いたPE平テープなら、もっと強い力が出そうです。
細かく裂けば裂くほど効率が上がるはずです。静電気での反発力は距離の二乗に反比例しますから。n本に分割すれば、電荷の総和が同じなら1本当たりの電荷は1/nになっても、リボン状の場合は糸の間の距離が1/(n-1)≒1/nになるので、全体で生じる力はnに比例する…はず。
こんなに簡単に実験できるぐらいなので、原理自体はずいぶん昔から知られてるはずです。Carbon nanotube aerogel sheets を使う事で飛躍的に良くなる事があるのかな？
空気中にふわふわ浮かぶぐらいなので、軽いのは間違いないですね。それよりも、その構造のために先に挙げた「本数」がすごく増えるのが大きいのかも。
重量当たりでは人間の筋肉よりも力があるけど、密度が千分の1以下なので、人の腕並みの力を出すにはでっかい体積が必要、…とRobots could flex muscles that are stronger than steel - tech - 19 March 2009 - New Scientist [newscientist.com]で Boris Yakobson さんがつっこんでます。
質量が小さい事が重要な宇宙の軌道上でのマニピュレータにちょうどいいかも？ 質量当たりの力が強く、広い温度で使えるらしいですから。また、アクチュエータ自体の故障の心配も少ないでしょう。
Re: (スコア:0)
まさに骨格筋のように配置すれば見た目も、人間らしい動きと人間らしい表情や体の造詣が自然にできますね。
Giant-Stroke, Superelastic Carbon Nanotube Aeroge (スコア:1)
Giant-Stroke, Superelastic Carbon Nanotube Aerogel Muscles [sciencemag.org]
Ali E. Aliev, Jiyoung Oh, Mikhail E. Kozlov, Alexander A. Kuznetsov, Shaoli Fang, Alexandre F. Fonseca, Raquel Ovalle, Márcio D. Lima, Mohammad H. Haque, Yuri N. Gartstein, Mei Zhang,* Anvar A. Zakhidov, Ray H. Baughman
屍体メモ [windy.cx]
4000倍 (スコア:1, すばらしい洞察)
Re:4000倍 (スコア:1)
速度 4000 倍とのことなので
単純に 16,000,000 倍の運動エネルギーになると考えると
今までの「ほ～らたかいたか～い」が頑張って 2m 程度の上昇として
その 16,000,000 倍だから 32,000 km 上空に打ち上げ可能？
もう少し頑張れば静止衛星軌道（35,786km）に到達しますね。
＃さすがにそんなに単純じゃないだろｗ；
～パタポン教徒～
Re:4000倍 (スコア:2)
Re: (スコア:0)
飛ぶ前に (スコア:0)
「一瞬前まで人間だった肉塊」です。
人工筋肉と聞いて (スコア:1)
これはバイアグラを過去のものにし、SPAMを減らせという技術者に対する挑戦では？(t/o) (スコア:1, おもしろおかしい)
t/o
どういう特性？ (スコア:1)
電圧をかけると220%拡大する、ということは筋肉の弛緩時は常に電圧をかけなければならないの？
Re:どういう特性？ (スコア:1)
編んであるということなので、糸の方向には伸びないのではないでしょうか。
筋肉と同じように束が太くなって、全体として縮むという動作だと思います。
Re: (スコア:0)
伸ばされる筋肉があるわけで。。。
逆にすればいいだけです。
ＷＲＥＤ ＶＩＳＩＯＮの記事 (スコア:1, 参考になる)
http://wiredvision.jp/news/200903/2009032423.html [wiredvision.jp]
画像、動画あり。
にょ～～～～～～んと引き出す様子が見られますが、間違って吸い込んだりしたらどうなるのだろうとか思いました。
可燃性？ (スコア:1)
ポリマーリンゲル液は必要ない、のか。
そうか...。
Re: (スコア:0)
Aaron Rashid
関連記事（Engadget Japanese） (スコア:1)
鋼より強く、空気並みに軽いナノチューブ人工筋肉 [engadget.com]
デモンストレーション動画有り。
固くて柔軟? (スコア:0)
Re:固くて柔軟? (スコア:1)
いえいえ、
> 鉄よりも固く、ゴムよりも柔軟
と言うことですから、きっとゴムは鉄より固いんですよ。
と言うのは置いておいて、本当の話「固い」とか「柔軟」というのはどういう測り方なんでしょうか？
おそらく「固い」と「柔軟」が(常識的な意味では対義語ですが)対義語にならないような定義(というか測り方)があるのだと思いますが。
# 「固い」が英語の tough の翻訳、という推測もありますが。
Best regards, でぃーすけ
Re:固くて柔軟? (スコア:2, 参考になる)
えと引用もとのNature Newsや、Engadget 日本語版 [engadget.com]からいける、New sientistの記事 [newscientist.com]に、固いに相当するのは「stronger than steel」って所かな。
鉄を相手にする場合なら、日本語では「強靭」とかのほうがわかりやすいでしょ。
実際は、引っ張り強さが高いとか、そういうことなんでしょう。
＃Engadgetにあるビデオみると、結構面白い材料ですね。これは
Re:固くて柔軟? (スコア:1)
それもありますが、stiffer than diamondともありますね。stiffのイメージが分らないのですが、ダイヤモンドと比較しているのだから、硬度ですよね。
矛盾はしない(物性やってる人には当たり前のことな)のだろうけど。やっぱり不思議な感じです。
Best regards, でぃーすけ
Re:固くて柔軟? (スコア:1)
そっちは堅いって方じゃないでしょうか。
ダイアモンドは硬いけれど、衝撃などに弱く、割れやすいって話は聞きますよね。
MSIMEで出てくる対語だと、
硬い＜＞やわらかい
堅い＜＞もろい
固い＜＞ゆるい
この材料は、やわらかく（変形しやすく）、堅く（割れにくく）、強靭（鉄よりも引っ張り強さがある？）
ってのは別段矛盾していないと思います。
＃あくまで表現の話なので、この材料がそういう特質をもっているかは、論文か何かを見るまで分からないですが
Re: (スコア:0)
> 対義語にならないような定義(というか測り方)があるのだと思いますが。
常識的な意味では対義語？
「固い」の対義語は「柔らかい」ではないの？
で、「柔軟」は「やわらかくしなやか」と言う意味なので、
弾性が強いんだな、と理解したんだけど、
更に言えば、筋肉って固くも柔らかくもなるよね？
と言うか、固くなったり柔らかくなったりする事は筋肉に求められる性質の一つだよね？
Re: (スコア:0)
ヒント：強度・剛性
Re: (スコア:0)
Re: (スコア:0)
世の中には黄金の鉄の塊で出来たナイトがいるぐらいだから、何もおかしくはないな。
日本語でOK (スコア:0)
＞さらに非常に軽量で、1オンス（28.3g）あれば1エーカー（約4047平米）の面積をカバーできるとのこと。
ダメだ。わからん。
何をカバーできるのか解説して～～
# 1オンスの人工筋肉を広げると、１エーカーになる？
# 1オンスの人工筋肉で１エーカーの土地を持ち上げられる？
Re:日本語でOK (スコア:1)
CNTのエアロゲルシートが厚さ15μm程度で，その密度から大雑把に言って1オンスぐらいのCNTエアロゲルシートがあれば1エーカーを覆うぐらいの面積だよ，というだけ．
高速の収縮動作 (スコア:0)
すぐに劣化したりしないんですかね？
かなり素材に負担掛かってるんじゃ？とか思うんだけど
その辺って大丈夫なのかしら。
人体に悪影響 (スコア:0)
筋肉は縮むことしかできない (スコア:0)
このデバイスは弛緩状態で大きく広がってます。ちょっと筋肉とは特性が違うような。