タコは優れた擬態能力を持つ。皮膚の色素を増減させて岩と同じ色に変え、天敵を欺く。科学者がタコから着想を得て、状況に応じて変化する合成皮膚を開発した。今後ロボットやディスプレーへの応用が期待される技術だと評価された。ドキュメンタリーの題名のように、人間にとって貴重な「私のタコ先生」に出会った格好だ。
マーク・ブロンガースマ米国スタンフォード大学材料工学科教授の研究チームは「タコが皮膚を調節して岩に擬態する方式から着想を得て、初めて色だけでなく表面の質感まで変えられる人工皮膚素材を開発した」と8日、国際学術誌「ネイチャー」に発表した。
◇タコの色素と突起変化を模倣
タコが筋肉を弛緩させると、皮膚にあるクロマトフォア色素が収縮して色が薄くなる。逆に筋肉を収縮させると色素が広がり濃くなる。このようにして胴体の色を変える。タコは皮膚の質感も変える。筋肉を動かして皮膚に突起や溝を作ると、光の散乱の仕方が変わる。この方法で、滑らかな皮膚を瞬時に岩の表面のように凸凹へと変えられる。
スタンフォード大学の研究チームは、太陽電池や電子回路に使う高分子材料で人工皮膚の表面を作った。この材料はタコの筋肉の役割を担える。水と接触すると膨張するが、アルコールのような別の液体にさらされると水を放出して収縮する。
質感を調節する素材を作るため、まず基板に高分子材料を被覆し、電子ビームで凹凸形状を作って特定の位置ごとに水の吸収量が異なるようにした。電子回路のような擬態パターンを作ったわけだ。色効果を出す光学層も追加した。表面を透明フィルムで覆い、水の流れを制御して水にさまざまな濃度のアルコールを混合できた。
最終的に、水に濡れると外観が劇的に変わる素材が誕生した。皮膚のどの面が液体に露出するかによって、色と質感を独立して変更できた。人工皮膚は20秒もかからずに色と質感を変えた。数百回変えても性能は低下しなかった。
◇ロボットや建物の外装への適用にも期待
ローラ・ナ・リウ独国シュツットガルト大学教授は同日ネイチャーに掲載された論評論文で「色と質感を二重に独立制御するこのシステムは、自然界で最も精巧な擬態システムの一つを実装した」と評価した。
研究チームは現時点では一つのパターンしか表示できないが、今後はより多くのパターンを表示し、色と質感の変化を電子回路で制御できるようにすると明らかにした。研究チームが目標としたタコ方式の紙は、色と質感が変わる電子書籍を想起すればよい。
論文の第1著者であるシッダールト・ドシ研究員は「色とともに生々しい質感を物理的に実装するディスプレーも作れる」と述べ、「さらにはディスプレー装置が自ら擬態できるようにすることも可能だ」と明らかにした。もしロボットのボディに合成タコ皮膚を貼り付ければ、周辺の物体と見分けがつかないように擬装できる。
フランス・アキテーヌ光学研究所のナノ光学研究員フィリップ・ラランヌ博士はネイチャーで「前例のない方法で外観を変化させられる消費財や建物を作る道が開かれた」とも述べた。ビルをタコの皮膚でコーティングすれば、日照量や温度に応じて外観の色と質感が変わり得る。都市の景観が刻々と変わるということだ。
◇イカの皮膚を模倣したオールシーズン用の布地も
同様の手法で通年着用できる衣服も作れる。米国カリフォルニア大学アーバイン校の教授研究チームは2024年、タコと同じ頭足類であるイカの皮膚色素であるクロマトフォアの作動原理を模倣し、天候に応じて熱透過率が自在に変化する繊維を発表した。
研究チームは、イカの皮膚色素のように繊維の間にある金属の塊を制御し、外部環境に合わせて赤外線透過率を変える繊維技術を開発した。赤外線は熱エネルギーを伝達する。繊維の随所に埋め込まれた金属島の大きさとパターンに応じて赤外線の反射率が変わる仕組みだ。イカが皮膚の色素サイズを変えて可視光が透過する比率を調節する方式で擬態模様を作るなら、金属島が埋め込まれた繊維は赤外線透過率で温度を調節するとみなせる。
研究チームは、熱透過率は金属島のパターンによって最大10倍の差が生じ、温度変化が激しい環境でも機能を維持できると明らかにした。衣服を着た人が放出する熱エネルギーを遮断または通過させ、体温を維持できるという意味だ。
実験の結果、温度が高いときは金属島が近くに集まり赤外線反射率が高まり、透過率は低くなった。着用者の体温が上がると金属島が互いに離れ、赤外線をよく通して熱を放出し、体温が下がると金属島が集まって赤外線を反射し体温の維持を助ける。天敵の目を欺く代わりに、猛暑と寒波を避ける技術である。
参考資料
Nature(2026), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09948-2
APL Bioengineering(2024), DOI: https://doi.org/10.1063/5.0169558