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微細加工技術を使った様々な材料の統合による新システム創成を目指して

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微細加工技術を使った様々な材料の統合による新システム創成を目指して

慶應義塾大学理工学部機械工学科 尾上(おのえ)弘晃研究室は,マイクロナノスケールの微細加工技術を基盤技術として、機能性分子素子、ハイドロゲルなどの高分子材料、また細胞や組織に代表される生体材料など、様々なスケールの素材を幅広く統合する物作りの構築法や、それにより創り出される新たなシステムの研究を行っています。

様々な材料が日々開発されていますので、それが使える材料をまず選んで、その材料を用いて、加工ができるかの検証をします。流体デバイスに流したり、型取りなどで加工性を確認する。加工性が確認できたら、次には機能を調べるといった形で小さくすることでより機能があがるということを確認していくという作業になります。

尾上研究室が中でも力を入れているのが「ハイドロゲルによるマイクロ構造体」「自己組織化現象の工学応用」「マルチスケール・異種材料を繋ぐデバイス統合技術」の3つの研究開発です。ハイドロゲルによるマイクロ構造体 水を含む高分子ネットワークで出来ているハイドロゲルは生体や環境に優しい材料として注目されており、化粧品や食料品、また医療用素材など広く使われています。 尾上研究室では特殊なノズルを利用してスプリング構造のハイドロゲルを連続的に作り出し、人工筋肉としての作用が期待される高分子素材や、複数種類の材料が多く区画化されて入ったビーズを作り細胞の培養を複数種類で行うなど、医療システムや生命科学といった分野への応用展開を見据えた研究を進めています。

自己組織化現象の工学応用

自然界、特に生命現象などに顕著にみられる動的で複雑な自己組織化現象は、エネルギーの流入・流出により維持される動的な現象であり、また分子スケールからマクロな世界まで階層的に相互作用し合う、非線形なシステムであると解釈されています。 現在尾上研究室では外の磁場などまわりの環境に応じて形がアメーバのように変わっていくようなマテリアルを作り出す事に成功し、将来的には生物のように状況に応じて形を変化するシステムが出来るのではと更なる研究開発を進めています。

日々新たな機能性材料の開発が進む今日において、様々なスケール・種類の材料や要素を統合して一つのシステムとして機能させることが重要となっています。 尾上研究室では分子サイズナノスケールの材料からコロイド粒子のようなサブマイクロメートルの材料、またMEMSでつくるマイクロスケールの材料といった幅広いスケールの材料を一つのシステム上で機能する方法論の開発を通して、ロボットマニピュレーションのためのマイクロ吸盤制御アレイや構造色を利用したフレキシブル光学フィルタといった新しいデバイスの提案を行っています。

材料科学やソフトロボティクス、生命科学、医療への応用を見据えた研究開発を進める尾上研究室。これからも更なる研究により、分野を超えた新たなシステム創成を目指していきます。

私は機械工学出身なんですが、このような研究を進めていく上では、他の分野の専門家と非常に密にディスカッションする必要があって、つまり協力が必要ですので、そのような一緒に研究していく仲間を開拓していって、分野を限らずに新たに展開していくということが今後より一層必要かと思っています。 研究はひとりで考えるよりも本当に皆とディスカッションしたり、発表してフィードバックをもらうことで進んでいくことだと思いますので、特に様々な分野の知識が必要な研究ですので、色んな人と話して意見をまとめていくという力。それから新しいものに挑戦するということを期待しています。

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