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Biomedical swimming micro robot

Research Project

Project/Area Number 17J06966
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Intelligent mechanics/Mechanical systems
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

山中 俊郎  名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsマイクロロボット / マイクロスイマー / バイオ燃料電池 / マイクロ流体
Outline of Annual Research Achievements

本研究は,生体医用ロボットに適した新規のマイクロスケール推進泳動機構を提案・開発し,そのコンポーネントとしての有効性を実証し,その産業価値を明確にすることを目的としている.具体的には,泳動推進機構を100μm以下で製作し,自己推進速度30μm/sを達成する.目的達成のため次の4項目,1.泳動推進原理の実証,2.マイクロスケールプロトタイプの製作,3.推進速度評価,4.設計論の構築・産業応用への可能性の提示,を実施する計画であった.
前年度は上記実施項目のうち1~3を実施した.まず,新規コンセプトとして,生体で供給可能な物質であるグルコースと酸素を酸化還元し電位差を生成するバイオ燃料電池と,その電位差によって発生する電気浸透流の反作用により自己推進する自己電気浸透推進機構とからなるマイクロ泳動ロボットを考案した.フォトリソグラフィによって約100μmのプロトタイプを製作し,これを用いた推進速度評価実験を実施して,最大推進速度35μm/sを達成した.
本年度は上記4を実施した.この自己推進速度の物理モデルを精確に導出し,この物理モデルに基づき設計論を整理した.特に小型するほど高速化することを理論的に示した.将来的には生体内での医療処置への応用,特に推進モジュールとしての利用が期待される.例えば,血管へのカテーテルガイドワイヤ挿入時の先端牽引機構や,人工授精時の精子の補助推進機構,抗がん剤などの搬送機構などが考えられる.ただし,速度・方向制御,歩留まりの向上,血球や血管への固着防止,免疫系による排除の回避,生体適合性の保証が課題として残る.
本年度の成果公開については,査読付き国際学会発表1件,査読無し国内学会発表1件を実施した.また,査読付き外国語論文誌に1件掲載された.

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Self-Propelled Swimming Microrobot Using Electroosmotic Propulsion and Biofuel Cell2018

    • Author(s)
      Toshiro Yamanaka, Fumihito Arai
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: Volume: 3, Issue: 3 Issue: 3 Pages: 1787-1792

    • DOI

      10.1109/lra.2018.2800103

    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 赤血球サイズの超小型自己推進マイクロスイマー2019

    • Author(s)
      山中 俊郎, 新井 史人
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019 (ROBOMECH2019)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Self-Propelled Swimming Microrobot Using Electroosmotic Propulsion and Biofuel Cell2018

    • Author(s)
      Toshiro Yamanaka, Fumihito Arai
    • Organizer
      International Conference on Robotics and Automation 2018 (ICRA2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マイクロスイマー:電気浸透流による自己推進原理2018

    • Author(s)
      山中 俊郎, 新井 史人
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2018 (ROBOMECH2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report
  • [Presentation] バイオ燃料を利用した自己推進マイクロスイマー2018

    • Author(s)
      山中 俊郎, 新井 史人
    • Organizer
      第23回ロボティクスシンポジア
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 泳動マイクロロボットおよび泳動マイクロロボットシステム2017

    • Inventor(s)
      山中俊郎, 新井史人
    • Industrial Property Rights Holder
      山中俊郎, 新井史人
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-149484
    • Filing Date
      2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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