2019 Fiscal Year Annual Research Report
Design and embodiment of robotic driver based on branched and extension torus mechanism using super flexible materials
| Project Area | Science of Soft Robot: interdisciplinary integration of mechatronics, material science, and bio-computing |
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| Project/Area Number |
18H05471
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
多田隈 建二郎 東北大学, タフ・サイバーフィジカルAI研究センター, 准教授 (30508833)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古川 英光 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50282827)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 分岐トーラス / 柔軟ロボット機構 / 機構設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，より短時間で高い速度で伸展・分岐を可能とする構造として，「ヒモムシの吻構造」に着目したものに重点的に取り組んだ．特に，このトーラス型構造の伸展だけでなく，根本まで折り返す戻し動作に関しても，内部にガイド膜を封入させる新たな方式を考案し，従来は不可能であったS字カーブ形状からの戻しが滑らかに行えることを実機を用いた実験を通してその基本特性を明らかにした．
また，この根元部の座屈を防ぐという観点において，膜の柔らかさを切り替えることが非常に重要となっている．そのため，柔剛切り替えの線という基礎構造に関しても，従来我々が有していたお椀型ユニット構造を発展させた機構として，多層式・加圧式といった新しい柔剛切り替えの基礎構造に関して考案・具現化および実機実験を行って特性を評価した．この柔剛切り替え機構は，例えばグリッパなどに活用・応用できうる基礎的な構造となるものであり，本研究ではこの根本原理である柔剛切替えるジョイント部分そのものの構造に特に重点的に取り組んでいる．
さらに，トーラス構造の伸展動作と湾曲動作を両立させる手法として，分岐を構成する方法に関しては，自己修復性材料を用いてトーラス構造を構成し，自ら切断しては修復する機能を備え付けることで，一旦切断されたところから伸展し，最終的には周囲の部材と融合して枝分かれ構造を構築することが可能になる．そのため，その究極の機構の基として，破損部を修復するロボット血管などの能動的修復用液剤搬送機構に関しても２液混合タイプの螺旋状構造を有する機構を考案・具現化し，実機実験を通して，軸方向に切り傷が入ってmも修復するという基本的な能動修復機能を確認している．
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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
下記の理由により，区分としては上記の内容が妥当であると判断している．
（1）一直線トーラス構造に関しては，戻し動作も含め概ね順調に進んでいる．
（2）分岐トーラス構造においては非常に挑戦的案テーマ設定ではあるが，生物学者からの知見を得た上で，ヒモムシ吻構造を生物学的解明と工学的応用というテーマ発展させて取り組んでいる．
（3）分岐部という非常に挑戦的な構造生成のために，自己修復性材料に着目し，それにより，単体でも十分成り立ちうるレベルのテーマ設定として，「破けたとしても能動的に自己修復する」というロボット血管の基礎的な構造をアイディアのみならず実機を用いた実験により明らかにしている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，分岐トーラスにおいては，ヒモムシ研究者と研究議論を重ねて，生物学的知見からも分岐トーラスの戻し構造の解明と工学的実現に挑む．また，柔剛切り替え機構においても，さらにその根本となる柔剛切り替えジョイント部そのものの基礎部分を深堀りして，体系化に取り組む．さらに，耐切創性布袋カバーとロボット血管とを学術的に組み合わせ，ソフトロボット保護・能動修復機構の体系化を行い，分岐トーラス構造の根本部への応用を目指し，全ソフトロボット機構の研究開発に体系的に取り組む．
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[Presentation] Nemertea Proboscis Inspired Extendable Mechanism2019
Author(s)
Kenjiro Tadakuma, Tomoya Takahashi, Natsumi Hookabe, Masahiro Watanabe, Yu Ozawa, Tori Shimizu, Eri Takane, Hiroshi Kajihara, Takeshi Yamazaki, Masashi Konyo, and Satoshi Tadokoro
Organizer
2019 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science Symposium on “Science of Soft Robots”
Int'l Joint Research
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