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紙やゼラチンといった生分解性材料を用いることで、土に還ることのできる、持続可能で環境にやさしいソフトデバイスを構成できます。
The use of biodegradable materials such as papers and gelatin enables the creation of environmentally friendly soft robotic devices that can to return to the soil.
ソフトロボットは安全性や柔軟性に優れ、医療や食品分野への応用が期待されていますが、従来のソフトアクチュエータは非可食・非生分解性材料に依存しており、人体内部や食品と直接関わる用途には課題がありました。本研究では、熱溶着可能な可食薄膜を用いた「可食パウチモータ」を提案し、平面製造によって高い形状自由度と十分な出力を両立する可食アクチュエータを実現しました。
Soft robots offer advantages such as safety and compliance, making them promising for applications in medical and food-related environments. However, conventional soft actuators rely on non-edible and non-biodegradable materials, which limits their use in direct contact with the human body or food. In this study, we propose edible pouch motors fabricated from heat-sealable edible films, enabling planar manufacturing with high design flexibility and sufficient actuation performance.
K. Takahashi, K. Takai, R. NIiyama, J. Shintake, ""Edible Pouch Motors" in Advanced Robotics Research , 2025; 0:e202500118
ソフトロボットは、環境適応性や安全性といった利点から注目されていますが、従来の合成素材は環境汚染の一因となっていました。この問題に対し、生分解性材料の導入が解決策として期待されています。本研究では、誘電体膜に天然ゴム、電極にゼラチンベース材料を用いることで、生分解性の誘電エラストマーアクチュエータおよびセンサを開発しました。
Soft robots are gaining attention for their advantages such as adaptability and safety, but conventional synthetic materials contribute to environmental pollution. Integrating biodegradable materials is expected as a solution. In this study, biodegradable dielectric elastomer actuators (DEAs) and sensors (DESs) are developed using natural rubber for the dielectric membrane and gelatin-based materials for the electrodes.
K. Takai, K. Murakami and J. Shintake, "Biodegradable Dielectric Elastomer Actuators and Sensors," in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 9, no. 12, pp. 11730-11737
電気的に動作する生分解性アクチュエータは、空気で動作するものと比較して外部的なポンプが必要なく、システムがコンパクトになるといった利点があります。本研究では、ポリ乳酸やゼラチン、大豆油といった材料によって、電気的に動作する静電流体ソフトアクチュエータを開発しました。
Electrically controllable biodegradable actuators have advantages over air-controlled ones, such as eliminating the need for an external pump and making the system more compact. In this study, fully biodegradable electrostatically controllable electrohydrodynamic soft actuators are developed using materials such as polylactic acid, gelatin, and soybean oil.
R. Kanno, F. Caruso, K. Takai, Y. Piskarev, V. Cacucciolo, J. Shintake, Biodegradable electrohydraulic soft actuators, Advanced Intelligent Systems, vol. 5, no. 9, p. 2200239, 2023.
生分解性材料は微生物などの分解によって変性します。それによって、生分解性アクチュエータの挙動は分解過程の時々によって変化すると考えられます。本研究では、生分解性材料としてゼラチンとグリセロールの混合物の特性解析を行いました。その結果を反映したシミュレーション環境を構築し、分解過程を考慮したアクチュエータの挙動の予測ができるようになりました。
Biodegradable materials change their properties by microbial decomposition. Therefore, the characteristics of biodegradable actuators change from time to time during the degradation process. In this study, we have analyzed the properties of a mixture of gelatin and glycerol as a biodegradable material. A simulation environment reflecting the experimental results has been constructed that allows prediction of the behavior of the actuator under the degradation process.
Toshiaki Nagai, Ashitaka Kurita and Jun Shintake. "Characterization of sustainable robotic materials and finite element analysis of soft actuators under biodegradation." Frontiers in Robotics and AI 8, 383 (2021).
永井敏輝，新竹純，生分解性材料に基づくソフトアクチュエータのシミュレーションによる解析，ロボティクス・メカトロニクス講演会，1P2-A05, 2020.
T. Nagai, J. Shintake, Characterization of bio-degradable materials for soft robotics, in IEEE International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS), 2019.
従来の紙基板を用いたデバイスは、曲げや大きな変形に弱いという問題がありました。本研究では、切り紙構造によって、デバイスを折り畳んでも導電性を保てることを示しました。それによって、アクチュエータやセンサ、ロボットが製作できることを示しました。
Conventional devices using paper substrates are vulnerable to bending and large deformation. In this study, we have shown that the incorporation of kirigami design allows maintaining electrical conductivity even when the device is completely folded. Our kirigami based design strategy is applicable to fabrication of actuators, sensors, and robots.
T. H. Yang, H. Hida, D. Ichige, J. Mizuno, C. R. Kao, J. Shintake, Foldable kirigami paper electronics, Physica Status Solidi A: Applications and Materials Science, vol. 217, no. 9, p. 1900891, 2020.
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