Harvard、ソフトロボットの3Dプリント

February, 19, 2026, Cambridge--柔軟で生体適合性のある素材で作られたソフトロボットは、医療から製造業まで多くの業界で需要があるが、特定の目的で正確に設計・制御することは常に課題となっている。もし予測可能な形状変形機能がすでに組み込まれたソフトロボットを3Dプリントできたらどうか。
Harvardの3Dプリンティングの専門家たちは、それが可能であることを示している。Advanced Materials誌の研究では、長いフィラメントと正確に配置された中空チャネルを備えたロボットデバイスの新しい製造方法が紹介されている。空気で満たされると、このチャネルは装置をあらかじめ決められた形で曲げ変形させることができる。

この進展は、大学院生のJackson Wiltと元ポスドク研究者のNatalie Larsonが、ジョン・A・ポールソン工学応用科学部(SEAS)の生物学的インスパイア工学のHansjorg Wyss教授Jennifer Lewisの研究室で主導した。この方法はハーバード大学が開発した複数の3Dプリンティング技術を組み合わせ、ソフトロボットを作るために通常使われる従来の鋳型や鋳型を回避している。

「われわれは1つの出口から2つの素材を使い、回転させることで膨らませたロボットの曲がる方向をプログラムできる。われわれの目標は、様々なアプリケーション向けのソフトでバイオインスパイアされたロボットの開発と一致している」(Wilt)。

回転マルチマテリアル3Dプリント
この新しいアプローチは、Lewis研究所の革新である回転マルチマテリアル3Dプリントに基づいている。これは、1本のノズルで複数の材料を同時にプリントできる技術。機械が回転し方向を変えると、インクをカスタマイズ可能なパターンで押し出す。この研究室はこのタイプの3Dプリントを使って、人工筋肉やその他の物体として機能する柔らかいラセン構造物を作成している。

この一般的な手法を用いて、研究チームはポリウレタンの外殻からなるフィラメントと、ヘアジェルに一般的に使われるポリマ、ポロキサマ(poloxamer)で作られた内側のチャネルを作った。フィラメントは直列に並べることができ、平らなパターンと盛り上がったパターンの両方で対応可能だった。プリンタノズルの設計、回転速度、材料流速を精密に制御することで、研究チームは各内側チャネルの向き、形状、サイズをプログラムした。

外殻が固まると、チームはヘアジェルのような内側のチャネルを洗い流した。その結果、中空のチャネルを持つ管状構造が形成され、これらは加圧されて異なる方向に曲げられ、膨張・収縮・掴みを持つソフトデバイスの基礎となる。

単純な製造、複雑な装置
この研究は、複雑なデバイスの単純な製造への新たな扉を開く。これは、通常、軟らかい材料を型に鋳造し、空気圧チャネルを表面にパターン化し、チャネルを別の層にカプセル化する従来のソフトロボット製造方法に代わる代替手段を提供する。「この研究には型がない。構造物をプリントし、迅速にプログラムし、アクチュエーションを迅速にカスタマイズできる」(Wilt)。

チームは新しい技法を披露し、連続した迷路のような道筋に花の模様を螺旋状にプリントした。また、曲がる「ナックル」が付いた5桁のハンドルもプリントされていた。

Wiltによると、チームの結果は、外科用ロボット工学から人間の補助装置に至るまで、この種の迅速な製造技術を応用する可能性を示している。

Larsonは現在、スタンフォード大学の助教授である。