Ionic_polymer%E2%80%93metal_composites
イオン性ポリマー-金属複合材料（IPMC ）は、印加された電圧または電場の下で人工筋肉の挙動を示す合成複合ナノ材料です。IPMCは、ナフィオンやフレミオンなどのイオン性ポリマーで構成されており、その表面は、プラチナや金などの導体で化学的にメッキまたは物理的にコーティングされています。印加電圧（通常の10mmx40mmx0.2mmサンプルでは1〜5 V）では、IPMCのストリップに印加された電圧によるイオンの移動と再分配により、曲げ変形が発生します。また、IPMCは、電解質溶液に浸漬され、電界に間接的に接続されているイオン性ヒドロゲルにすることができます。
IPMCの作動、エネルギーハーベスティングおよびセンシングの原則。電圧（電場）が電極に印加されると、膜分子ネットワーク内の正に帯電した共役および水和カチオンがアノードによって反発され、負電極または水和水分子を運ぶカソードに向かって移動します。この移動により、膜全体に浸透圧勾配が生じ、IPMCストリップが見事に曲がったり変形したりします。
一方、IPMCストリップを機械的に曲げたり変形させたりすると、共役陽イオンが動き回り、 Poisson-Nernst-Planckフィールドに基づいて電位と出力電圧および過渡電流（エネルギーハーベスティング、センシングモード）が生成されます。理論。水和水分子は、移動するときに陽イオンと結合します。ただし、水和カチオンとともにアノードに向かって追加された質量として引きずられる非水和緩水分子がある場合、曲げまたは変形平衡が達成されると、緩水分子はカソードに向かって逆流し、いくらかの逆緩和が観察される場合が
めっきされた電極が非対称構成で配置されている場合、印加された電圧は、ねじれ、回転、ねじれ、回転、回転、回転、および非対称の曲げ変形などのさまざまな変形を引き起こす可能性があるいは、そのような変形がIPMCストリップに物理的に適用される場合、センサーおよびエネルギーハーベスターとして出力電圧信号（一般的な小さなサンプルの場合は数ミリボルト）を生成します。IPMCは電場応答性高分子の一種です。それらは、液体環境でも空気中でも非常にうまく機能します。それらは、カンチレバー構成で約40の力密度を持っています。つまり、カンチレバーモードで自重のほぼ40倍の先端力を生成できます。作動、検知、およびエネルギーハーベスティングのIPMCは、キロHZ以上の非常に広い帯域幅を持っています。IPMCは、1998年にShahinpoor、Bar-Cohen、Xue、Simpson、Smithによって最初に導入されました（以下の参照を参照）が、イオン性ポリマーアクチュエータとセンサーの元のアイデアは、Adolf、Shahinpoor、Segalman、Witkowski、Osadaによって1992-93年に遡ります。以下に示すように、奥崎、堀、土井、松本、広瀬、小黒、竹中、朝香、川見：
1-Segalman DJ、Witkowski WR、Adolf DB、Shahinpoor M。、「電気的に制御された高分子ゲルの理論と応用」、Int。Journal of Smart Material and Structures、vol。1、pp。95–100、（1992）2-Shahinpoor M.、 “概念設計、イオン性高分子ゲル筋肉を使用した水泳ロボット構造の運動学および動力学”、Int。Journal of Smart Material and Structures、vol.1、pp。91–94、（1992）3-Y。長田、奥崎、堀、「電気的に駆動される運動性を備えた高分子ゲル」、Nature、vol。355、pp。242–244、（1992）4-Oguro K.、Kawami Y. and Takenaka H.、 “Bending of a Ion-Conducting Polymer Film Electrode Composite by an Electric Stimulus at Low Voltage”、Trans。J. Micro-Machine Society、vol。5、pp。27–30、（1992）5-M。土居美咲、丸本正明、廣瀬康夫、「電場によるイオン性ゲルの変形」、高分子、vol。25、pp。5504–5511、（1992）6-Oguro、K.、K. Asaka、H. Takenaka、「低電圧で駆動される高分子フィルムアクチュエータ」、第4回マイクロマシンと人間科学の国際シンポジウムの議事録”、名古屋、pp。38–40、（1993）7-Adolf D.、Shahinpoor M.、Segalman D.、Witkowski W。、” Electricly Controlled Polymeric Gel Actuators “、米国特許庁、米国特許第5，250，167号、発行（1993）10月5日-小黒健一、川見裕一、竹中秀樹、「アクチュエータエレメント」、米国特許庁、米国特許第5，268，082号、（1993年）12月7日発行
これらの特許の後に、追加の関連特許が続きました。
9-Shahinpoor、M.、 “Spring-Loaded Ionic Polymeric Gel Linear Actuator”、US Patent Office、US Patent No. 5，389，222、Issue February 14、（1995）10-Shahinpoor、M. and Mojarrad、M.、 “Soft Actuatorsおよび人工筋肉」、米国特許庁、米国特許第6，109，852号、（2000年8月29日発行）11-Shahinpoor、M.およびMojarrad、M。、「Ionic Polymer Sensors and Actuators」、米国特許庁、第6，475，639号、発行（2002）11月5日12-Shahinpoor、M. and Kim、KJ、“ Method of Fabricating a Dry Electro-Active Polymer Synthetic Muscle”、米国特許庁、特許第7，276，090号、2007年10月2日発行田中、西尾、太陽が電場でイオン性ゲル崩壊の現象を導入したことに言及してください：13-T。田中、I。西尾、ST Sun、「電場におけるゲルの崩壊」、Science、vol。218、pp。467–469、（1982）
Hamlen、Kent、およびShaferがイオン性ポリマー繊維の電気化学的収縮を導入したことにも言及する必要が
14-RP Hamlen、CEKentおよびSNShafer、「Electrolyticly Activated Contractile Polymer」、Nature、vol。206、いいえ。4989、pp。1140–1141、（1965）
人工筋肉としての化学的に刺激されたゲルの初期の研究については、ダーウィンG.コールドウェルとポールM.テイラーにもクレジットを拡大する必要が
15-ダーウィンG.コールドウェルとポールM.テイラー、「化学的に刺激された疑似筋肉作動」、International Journal of Engineering Science、第28巻、第8号、797〜808頁、（1990）
参考文献
^ イオン性ポリマー金属複合材料（IPMC）セット、編集者：Mohsen Shahinpoor、英国王立化学会、ケンブリッジ2016、 https ：//pubs.rsc.org/en/content/ebook/978-1-78262-720-3 ^ Duan、Xiangyu; ユ、ジンイー; 朱、Yaxun; 鄭、志強; 遼、Qihua; シャオ、ユクン; 李、元元; 彼、ジパン。趙、ヤン; 王、Huaping; Qu、Liangti（2020-11-24）。「ソフトロボット用のニット可能なヒドロゲル繊維を設計するための大規模な紡糸アプローチ」。ACSNano。14（11）：14929–14938。土井：10.1021/acsnano.0c04382。ISSN1936-0851 。_
外部リンク
M. Shahinpoor、Y。Bar-Cohen、JO Simpson、J。Smith「生体模倣センサー、アクチュエーター、人工筋肉としてのイオン性ポリマー金属複合材料（IPMC）-レビュー」、Int。J. Smart Materials and Structures、vol。7、no.6、pp。R15-R30、（1998）
Shahinpoor、M .; Bar-Cohen、Y .; Xue、T .; Simpson、JOおよびSmith、J.「生体模倣センサーおよびアクチュエーターとしてのイオン性ポリマー-金属複合材料（IPMC）」、SPIEの第5回スマート構造および材料に関する年次国際シンポジウムの議事録、 1998年3月1〜5日、カリフォルニア州サンディエゴ。論文番号3324-27。
S.ネマトナセルとC.トーマス、「人工筋肉としての電気活性ポリマー（EAP）アクチュエーター-現実、可能性、課題」、イオノメリックポリマー-金属複合材料、Bar-Cohen編、SPIE、Chap。62001。
IPMCアクチュエータ
KHAWWAF、Jasim、他。非特異端子スライディングモードを使用したIPMCアクチュエータのロバストなトラッキング制御。Smart Materials and Structures、2017、26.9：095042。