| Project/Area Number |
23K13290
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
MAO ZEBING 東京工業大学, 工学院, 研究員 (90918228)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 機能性流体 / 電気流体力学 / ソフトアクチュエータ / ロボット / 高電圧回路 / 流体工学 |
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| Outline of Research at the Start |
流体（気体）を駆動源とするソフトロボットがチーター、タコや蛇などの大型動物の模倣
に応用されている。しかし、外付けのタンクや長い配管などで構成される流体（気体）システムでは、狭い空間での迅速な長距離探索は困難である。ここに機能性流体を用いた小型で高速なロボットの新規性を見出だした。本研究では、成虫ゴキブリのスケール、移動速度と長距離走行能力を備え、単純な構造を持つ走行アンテザードロボットの開発と応用の研究基盤を確立する。本ロボットは機能性流体システムを高速移動ロボット分野に展開することで、災害現場での迅速な探索とバイオミメティクスへの大きな貢献が期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度、EHDポンプを用いたソフトロボティクスに関する3つのプロジェクトに取り組みました。
一つ目のプロジェクトでは、柔軟なEHDポンプと天然ラテックス層を組み合わせて、簡単で効率的なソフト流体ローラーを設計しました。このローラーは非常に軽量で（0.7グラム）、高電圧回路を使って制御される液体の振動機構によって転がり動作を実現しました。電極の配置パターンやチャンネルの高さを最適化し、出力力や効率、圧力損失、曲げとねじれの性能を評価しました。また、ローラーの性能における摩擦力の影響を調査し、流体環境での転がり動作の実用デモを行いました。
二つ目のプロジェクトでは、柔軟なEHDポンプの圧力と流量をより正確に予測するために、機械学習モデルを開発しました。ランダムフォレスト、リッジ回帰、ニューラルネットワークなどのモデルを使い、電圧、角度、チャンネルジオメトリなどの入力変数から圧力、流量、パワーなどの重要なパラメータを効果的に予測しました。特に、ニューラルネットワークモデルは圧力と流量の予測に高い精度を示しました。
三つ目のプロジェクトでは、EHD原理を用いた柔軟な無弁水ポンプの設計、製作、特性評価を行いました。EHD流体と水の間にインターフェースを設定し、ポンプが4kVの電圧と10Hzの周波数で動作すると、流量は0.03 ml/minに達しました。このポンプをノズル/ディフューザーシステムの適用電圧、周波数、水力ダイナミクスを考慮してモデル化し、実験結果とシミュレーション結果を比較したところ、一致性の傾向を示しました。応用として、柔軟で平面的な無弁水ポンプを用いた流体チャンネル内の気泡を操作し、油中水滴を生成することを実現しました。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題における開発成果として、機械学習モデルに関する論文が2023年度のジャーナル「Best Paper Award」を受賞するなど、非常に高い評価を受けています（投稿された論文のうち上位約2%の論文が受賞する賞）。さらに、柔軟な無弁水ポンプに関する研究論文もScience Partner Journalに採択されました。今年度も国際会議での論文採択や実用化の可能性を含む研究成果を確実に積み上げております。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画に基づき、今後も研究を進行する予定です。特に最終年度には、開発した軽量電気回路を活用し、機能性流体システムを用いた高速かつ小型のロボットに関する研究を推進します。さらに、最新の深層学習技術を適用して、ロボットの動作解析を行う計画です。
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