2021 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) |
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 / ロボット機構 / 機構設計 / 柔剛兼備 / 生物抽能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和３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，特にトーラス型先端折り返し構造の搭載するための，展開動作も可能な湾曲型の指機構に関して機構の観点から原理創案・実機具現化した．平板状構造の初期状態から，湾曲させることで断面二次モーメントの値を大きくして剛性を高め，把持動作を行うものである．この創案した原理に基づいて，先端が伸展する際には狭隘空間に入りやすいように平らな状態になっているが，狭隘空間の先で作業を行う際には把持対象物に力を加えることが可能となるエンドエフェクタの基となる指機構の実機を設計・実機試作した．また，具現化した実機を用いた基礎実験を通して，創案した上記の展開および柔剛切替え機能についてその有効性を確認できた．また，ソフトロボット学における柔軟性のさらにその先の位置づけとして，柔らかいロボット身体内の「部分同士が離れるレベルにまで変形する」という考えを導入した．そのため，可食材料や，生分解性の材料のみで構成することが可能なアクチュエータやセンサ，機構や筐体などの要素からその組み合わせまで研究開発に取り組んだ．さらに，分解性の観点をより深く推し進めて，ロボット本体を取り囲む環境との比重差を用いることで，散らばった素材をも著しく容易に回収することが可能となる比重差回収方式に関しても新しく創案し，ワセリンをその概念検証のための素材として選定することによって実機具現化した．まだ本素材の有する粘性の効果への対処方法などの課題は残るものの，創案した基本的な素材回収動作に関してはその根源的な効果を実機実験を通して確認することができた．
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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，従来非常に困難であった，狭隘空間内への挿入動作と，先端へのエンドエフェクタの搭載の２つを両立させることが可能となるエンドエフェクタの原理創案と実機具現化を成功させた点は，本新学術ソフトロボット学における難題を一つクリアする重要な位置づけとなるものである．また，これに加え，ソフトロボット学における柔らかさのその先に位置づけられるものが何かということを熟考し，その結果として可食性・生分解性の素材での構成，および簡易知能の創出のための流体素子の含有方法などについても体系化に向けて具体的な機構創案を実施したという点は，特記に値する．さらに，分解性の概念をさらに進めて，環境との比重差を活用することで素材回収容易性を実現するという比重差回収方式という学術の根本となる新要素技術に関しても，ソフトロボットの次なる学術領域の拡張となる概念の１つを生み出すに至った．以上のように，各要素からの底上げ技術に加え，次なる学術分野形成につながる拡張的な概念も，実機具現化を含めて数多く創出しているため，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，これまでに実施してきたトーラス型駆動機構の研究開発の最終仕上げを，本領域の成果を代表する位置づけとして遂行する．本テーマは，機構学のみならず，材料や生物学的観点といった複数の学術を複合させることにより成し得る点においても，非常に重要な取り組みとなる．加えて，柔軟性の究極としての分解性の観点からの生分解性材料からなる要素機構およびそれら組み合わせ・総合によるロボット機体の創案・実機具現化にも学術的なリンク付けを含めて継続して実施する．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．今もまだ完全には明けていないコロナ禍での活動制限はされるものの，リモート会議システムなども並行して活用して，可能な限り効率的な研究打ち合わせを頻度高く実施し，成果につなげうるように取り組んでいく．
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[Presentation] Robotic Blood Vessel Mechanism for Self-Healing Function of Soft Robots2021
Author(s)
Kenjiro Tadakuma, Shohei Inomata, Yuta Yamazaki, Fumiya Shiga, Masanori Kameoka, MD Nahi Islam Shiblee, Issei Onda, Tomoya Takahashi, Yu Ozawa, Masahiro Watanabe, Hidemitsu Furukawa, Masashi Konyo, and Satoshi Tadokoro
Organizer
The 11th JFPS International Symposium on Fluid Power
Int'l Joint Research
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