2020 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古川 英光 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50282827) [Withdrawn]
川上 勝 山形大学, 有機材料システムフロンティアセンター, 准教授 (70452117)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ソフトメカニズム / 柔軟機構設計 / 柔剛切替 / 柔剛兼備 / 生物抽能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度においては，湾曲・伸縮・分岐を行うロボット駆動体において，特に分岐部の構造を，生物学の観点も含めたヒモムシの吻構造から機能抽出するという切り口で，伸展分岐機構を考案・具現化した．先端での首振り機構に加えて，収縮する機構についても，根元部流体室開放型の機構を新たに開発し，従来研究では座屈発生によりほぼ不可能であった収縮動作つまり戻り動作を実現することに成功した．さらに，乾燥前の自己修復性材料を流し込むことによって，破損や傷ができたとしても，低粘性の自己修復性材料が内部からにじみ出てきて，バルーン状のソフトロボットを能動修復するというロボット血液・血管という概念の研究内容に，素材の観点からも発展的に取り組み，次なる身体中に素材を届けるシステム構築の突破口となる技術の１つを生み出すに至った．具体的には，表面にガーゼ状の液溜め機能を有する要素を表面に搭載することで，傷の生じる向きと重力方向との関係において，血液が流れ出て傷口が塞がりにくくなるという問題を解決し，バルーン状の傷を見事修復した．また，その修復までの時間も従来だと４時間かかっていたところを，10分以内という短時間で修復することができるにまで発展させた．この研究活動の過程においては，ロボット血液に相当する，低粘性・速乾性のある自己修復性ゲルの基礎的研究および，高分子ゲルの反応特性を変化させるための知見を，研究分担者の古川英光氏に主に担当して頂き，移動・駆動様式の考案および，具現化に研究代表者のチームが取り組むというように，連携と役割分担を相互的に行いながら研究開発を進めていった．
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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
トーラス型伸展機構において，従来ほぼ不可能であった戻し動作を成功させたということに加え，学術の根本となる新要素技術に関しても，通称ロボット血管機構という新概念の要素に，素材の観点からも発展的に取り組み，次なる身体中に素材を届けるシステム構築の突破口となる技術の１つを生み出すに至った．具体的には，表面にガーゼ状の液溜め機能を有する要素を表面に搭載することで，傷の生じる向きと重力方向との関係において，血液が流れ出て傷口が塞がりにくくなるという問題を解決し，バルーン状の傷を見事修復した．また，その修復までの時間も従来だと４時間かかっていたところを，10分以内という短時間で修復することができるにまで発展させた．また，新しい柔剛切り替え要素としての断面2次モーメント式機構の考案と具現化に加え，粉体ジャミングにおいても，ヒルベルト曲線という数学的原理を駆使して，粉体を分散させる構造を生み出すことに成功するなど，各要素からの底上げも数多く出しているため，概ね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，柔剛切替え要素の中でも，柔剛の中間状態を取りうる要素技術の開発に取り組む．具体的には形状を固定して，またそのフレーム間の内圧を変化させることにより，柔剛の中間状態を取るというものである．また，トーラス状進展機構においても先端にセンサ・ハンドを搭載して探索活動を行えるような実機構成をこころみる．さらに，同じ新学術間の共同研究者と連携して，医療を含めた産業応用も見据えての研究開発を推進していく予定である．コロナ禍での活動制限はされるものの，テレ会議システムなどを活用して，可能な限り効率的な研究打ち合わせを実施し，成果につなげうるように取り組んでいく．
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[Presentation] Retraction Mechanism of Soft Torus Robot with a Hydrostatic Skeleton2020
Author(s)
Tomoya Takahashi, Masahiro Watanabe, Kenjiro Tadakuma, Masashi Konyo, and Satoshi Tadokoro
Organizer
IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) 2020, WeAT20.6, Oct 25-29, 2020, Las Vegas, NV, USA
Int'l Joint Research
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