２５年度の実施計画

１．剥離・摩擦実験装置の製作：　材料の機能性評価を目的として，剥離・摩擦試験を実施する．通常，剥離試
験と摩擦試験は個別に実施されるが，本研究では，垂直・水平方向の動きを同期させることで，(i)負の垂直荷
重下の摩擦試験，(ii)せん断・引き離しの両方を考慮した混合モード剥離試験，(iii)変動垂直荷重下の摩擦挙
動の安定性を評価する試験などを実施する．一方，現象の理解という観点から，剥離・摩擦過程のモニタリング
は極めて重要である．本実験系では，全反射照明による接触界面の可視化手法を適用し，微細構造各々の接触・
剥離素過程や接触時間分布，変形量分布，スティック‐スリップ運動の集団挙動などに関する詳細な解析を行な
う．
２．曲がり梁構造を持つヤモリ模擬粘着剤の開発：　微細な梁構造を多数有する表面の作成には，マイクロイン
プリント法を用いることが多い．しかしながら，本研究で開発を目指す曲がり梁構造は，それを実現する鋳型作
成が容易でないため，そのままでは実現困難である．そこで本研究では，複数のプロセスを組み合わせる新手法
を試みる．
３．剥離・摩擦特性の評価・機構解明：　１．で開発した装置や，２．で作成した試料を用いて，剥離・摩擦実
験を行ない，界面力学特性を評価する．
４．曲がり梁構造の最適化に関する実験的・理論的検討：　３．で行なわれた実験結果をもとに，構造の最適化
のための仮説を立て，実験的に最適条件を探索する．また，その過程で理論の改良や新モデルの開発にも着手し
，最適条件へ至るきっかけを得る．

２５年度の実施報告

ヤモリは，地面だけでなく壁や天井をも難なく歩き回ることができるという，すぐれた力学的機能を持っており，その機能の源は，手足にある微細な繊維状構造にあると考えられている．また，その構造を（部分的に）模擬することによって，ヤモリ手足の機能を再現しようとする試みが数多くなされている．しかしながら，まだ十分な成功を収めているとはいい難く，更なる研究開発が必要であった．

そこで本研究では，ヤモリのもつ易接着・易剥離などのすぐれた機能を人工物である粘着剤で実現すべく，ヤモリ手足の材料力学的効果に着目した．研究実施計画では，先行研究と同様，ミクロ配列構造を作成することを意図したが，研究の過程で単一の構造の動力学をその場観察を行ないながら詳細に調べ，その知見をもとに最適化を図ることが必要であると判断し，実際には，ヤモリ手足のスパチュラ構造をヒントに，曲率をもったアーム部の先端にスパチュラ（へら）状のパッドをもつ人工構造を作成し，材料試験機を用いて接着・剥離特性を調べた．その結果，垂直方向への圧縮による接着の後，水平方向に動かす向きによって，パッド部の接触形態が変化し，それによって，その後の垂直方向への剥離挙動や剥離力に大きな違いが生まれることを明らかにした．これは，接着・剥離のON・OFF（スイッチング）の可能性を示唆している．これまで，垂直方向への接着・剥離に水平方向の動きを加えることによって，接着・剥離を制御しようとする試みはいくつかなされているが，本研究のように，実際にスパチュラ構造の変形や基板への接触過程をその場観察することによってメカニズムを明らかにし，さらにその知見を形状や物性の最適化に用いようとする研究は，われわれが知る限り初めてである．

２６年度の実施計画

本年度は，まず単一のスパチュラ模擬構造について，材料物性・構造の同時最適化という点から実験的・理論的に検討を行なう．次に，ミクロ配列構造の作成に挑戦するが，単にミクロ構造を実現するだけでなく，最適な物性や形状をもった配列構造を作成することが重要である．また，実験による評価がある程度行なわれた段階で，理論モデルの作成に着手する．さらに，理論モデル構築の過程で，模擬構造の抽象化について検討し，易接着・易剥離を可能とする構造にどのくらいの普遍性があるのか，実験的・理論的にアプローチする．さらに，一通り実験データが揃ったところで，形状や物性を入力し，接着・剥離過程を出力とする簡易的なシミュレータを開発する．

２６年度の実施報告

ヤモリの足は，接着したいときにはよく接着し，剥がしたいときには簡単に剥がすことができる，優れた力学的機能を有している．これまで，その背後にあるメカニズムを理解し，その機能を再現する模擬粘着剤を開発するため，数多くの実験研究が行なわれてきた．しかしながら，そのほとんどは単に多数の微細な繊維状構造をもつ模擬粘着剤であり，粘着・剥離において重要であると考えられる，接触面の応力場を制御し，粘着・剥離のON・OFFを実現するための材料力学的なアプローチが不十分であった．そこで我々は，ヤモリ手足にあるスパチュラ構造に着目し，シリコーンゴムを金型成型することによって，数10mm程度の大きさの単一のスパチュラ構造をもつモデル粘着剤をいくつか作成し，粘着・剥離過程のその場可視化を行なった．その結果，粘着・剥離の素過程を詳細に観察することができ，剥離力との明確な対応付けを行なうことができた．とくに，粘着・剥離のOFFに関する新たなメカニズム（模擬粘着剤をある閾値以上の深さに押し込むと剥離時に引張力が発生するが，それ以下だと接触が不完全になり，引張力は全く発生しない）を見出し，ヤモリ手足における粘着のロバスト性に対する解釈を与えることができた．これは，ヤモリ模擬構造において，繊維1本レベルでの粘着・剥離挙動の把握や，構造最適化が重要であることを示唆している．また，簡単な理論的考察により，閾値の大きさを見積もることにも成功している．これらの成果によって，多数の微細構造を作成する際の指針を示すことができた．