中大，光で動くプラスチックの多彩な変形を実現

中央大学の研究グループは，光で変形するプラスチック（光運動材料）の駆動方式として二光子吸収プロセスを適用し，変形の三次元化に成功した（ニュースリリース）。

光運動材料がどのように変形するかは，アゾベンゼンの分子形状変化が試料中のどの位置で起こるかによって決まる。アゾベンゼンは，紫外光を効率よく吸収するため，フィルム状の光運動材料に紫外光を照射すると，試料の表面近傍において紫外光が吸収される。

そのため，試料表面においてトランス体からシス体への分子形状変化と，網目の収縮が起こる。結果として，フィルムは入射光に向かって屈曲することになる。従来の光運動材料では，上述のように試料表面近傍において光吸収や変形が起こる。

もし，試料の表面だけではなく，任意の位置において局所的な変形を引き起こすことができれば，より自由度の高い，多彩な変形の発現が期待できる。二光子吸収は，光子の密度が高いときに生じ得る現象であり，これを適用することにより光の焦点近傍で選択的に光吸収を起こすことができる。従って，光運動材料に二光子吸収を適用できれば，試料中の任意の位置で変形を引き起こすことが可能になる。

研究グループは，二光子吸収分子を架橋高分子に組み込むことにより光運動材料を作製した。二光子吸収分子として，アゾベンゼンの類似体であるアゾトランを用いた。まず，アゾトランの二光子吸収特性を評価したところ，フェムト秒レーザー照射下において，良好な二光子吸収を示すことが明らかになった。また，二光子吸収後にトランス体からシス体への分子形状変化も起こることが分かった。

アゾトランを有する架橋高分子のフィルムに，フェムト秒レーザーを集光して照射すると，照射部位においてフィルムが折れ曲がるように変形した。この際の照射スポットのサイズは50μm以下であり，極めて微小な領域において局所的な変形が起こることが明らかになった。

また，レーザーの焦点位置を変化させることにより，屈曲方向を制御することができた。レーザーの入射側から見て，フィルムの奥側に集光すると奥側に屈曲し，手前側に集光すると手前側に屈曲した。さらに，長方形のフィルムに対して，長辺に沿ってレーザーの焦点位置を動かしながら照射すると，フィルムの片方の長辺が収縮することにより，フィルムが螺旋状に変形した。

研究グループは，今回の研究の成果は，光運動材料の応用可能性を拡げるものであり，柔らかい材料から成るソフトロボットの開発やロボットの小型・軽量化に大きく貢献すると期待できるとしている。