Development of low power consumption thermally stimulated lightweight coiled actuator with massive displacement and high output
Publicly Offered Research
| Project Area | Science of Soft Robot: interdisciplinary integration of mechatronics, material science, and bio-computing |
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| Project/Area Number |
19H05332
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
林 靖彦 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (50314084)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 複合繊維コイルソフトアクチュエータ / カーボンナノチューブ紡績糸 / アクチュエータ / 直鎖状低密度ポリエチレン糸 / ジュール熱 / ソフトアクチュエータ / 結晶性ポリマー糸 / 高出力・大変位 / 結晶性ポリ マー / 複合繊維 / 熱刺激 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究で，結晶性ポリマー糸と超軽量カーボンナノチューブ（CNT）紡績糸もしくはCNT膜からなる複合繊維をコイル状に巻き上げる，熱源に重くかさばる金属線を使わない「複合繊維コイルアクチュエータ」を開発する．このため，結晶性ポリマー材料開発および繊維のナノ構造制御，加工プロセス・形状制御，熱の散逸を抑制しポリマー糸への効率的な熱伝導機構を実現するする．しなやかで強靱性に優れた人型ロボットやアンドロイドを介護現場に投入することで，人口減少による労働力不足，高齢化社会を解決すると期待される．
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| Outline of Annual Research Achievements |
結晶性ポリマー糸材料開発および2層カーボンナノチューブ（DWCNT）繊維のナノ構造制御，そして，ポリマー糸とCNT繊維の複合加工プロセス・形状制御，熱の散逸を抑制しポリマー糸への効率的な熱伝導機構を実現し，発生力と収縮率を向上させ柔軟（しなやか）で強靱性に優れたアクチュエータを開発した．これを実現するため，以下の研究を実施した．
【研究1：低消費電力で大変位・高出力を実現する結晶性ポリマー糸の開発】結晶性ポリマーは，加熱により収縮するエントロピー弾性を示し熱収縮する．マテリアルズ・インフォマティクスの手法を活用し，ポリマー（低密度ポリエチレン）糸作製時に，収縮を担うタイ分子が配向し結晶部間をつなぐ構造をとるポリマー材料を設計・合成技術を開拓した．高角および小角X線散乱による微細構造評価により，伸縮性の大きなポリマー糸の物性を解明した．【研究2：DWCNT糸とポリマー糸の複合化によるソフトアクチュエータ構造の開発】DWCNTに通電して発生する熱を利用して，ポリマー糸の収縮を誘起する．DWCNTの高熱伝導性のため，効率的にポリマー糸へ急速に熱伝導が起こり，高速な運動が可能になった．また，アクチュエータ内部からの急速な放熱の発生で，これまでに実現できていない高速な動作が可能となった．これにより，従来の課題であった消費電力を大幅に低減させることができた．【研究3：複合繊維コイルアクチュエータの物性解明】DWCNTの通電条件を制御し，アクチュエータ温度を室温から100度へ加熱することで，数cmの大変位，生体筋の最大発生力の約4倍を実現した．さらに，温度変化に対する追従性（運動適応能力）が非常に高いことを明らかにした．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
