自分で太陽を追いかけるソーラーパネルができた

・研究者たちは、液晶エラストマーを使って構造体を3次元的に変形させました。

・ひまわりのように太陽光を追いかける太陽電池パネルの開発が実現し、エネルギーの取り込みを向上させることができるかもしれません。

生物の表面上にある様々な再構成可能な微細構造のおかげで、生物は外部刺激に応じてその特性（構造色や粘着性など）を変化させることができます。これらの生物は、本質的に暗号化された化学物質と外部から印加された場とを組み合わせることにより、刺激に応じた所定の変形や協調的な動きを示すことができます。

例えば、ヤモリの足にある粘着は、物理的・化学的組成と超柔軟性があり、天井や壁を容易に掴むことができる特殊な構造体になっています。

世界中の科学者が、液晶エラストマー（LCE）などのさまざまな材料を用いて、このような変化構造を実験室で再現しようと試みています。しかし、構造を3次元的に変形させることはできていません。

1次元や2次元の変形では、空間全体で構造を動かして異なる形状を作ることができないのが問題です。

今回、ハーバード大学の研究者は、LCEのナノ構造を磁場で制御することで、この問題を解決する技術を開発しました。これは、微細な3Dポリマー形状を作り出すことができ、異なる刺激に反応して任意の方向にシフトするように設定することができます。

LCEは光や熱に反応する

LCEの微細構造は、光、熱、湿度に反応して、形を変えることができます。その形は、LCE自身の材料特性と化学特性によって違います。

今回、私たちは、LCEを合成する過程で磁場にかけると、LCE内のすべての液晶性元素が磁場に対して整列することを発見しました。この分子配列は、構造が固定した後も維持されました。

研究者は、磁場の方向を変えることで、LCE構造体の高温状態での変形を制御することができました。この構造体は、常温に戻しても内部配向した形状は失われません。

研究者は、光に反応して自ら再構成することができるLCEを開発しました。これはすべて重合と呼ばれるプロセスで起こります。

構造体に特定の方向から光を当てると、光に面した側が収縮し、形状全体が光に向かって曲がります。このような自己制御的な動きにより、構造体は絶えず向きを変えながら光に追随することができます。

さらに、光と熱の両方に応答するLCE微細構造体を作製することができます。これで、一つの材料で複数の応答機構を持つことができるようになりました。

応用例

この研究は、エネルギー効率を高めるために、ひまわりのように太陽光を追いかけるソーラーパネルなど、さまざまな有用な機器の開発につながる可能性があります。

この技術は、情報の断片を暗号化し、特定の温度や粘着物質にさらされたときのみ開示できるようにするために用いることができます。全体として、マルチレベル暗号化、自律的な音源追従型無線機、スマートビルやセンサーの基礎を形成することができます。