2018 Fiscal Year Annual Research Report
A quest for Soft robotics through creation of stochastic machines
| Project Area | Science of Soft Robot: interdisciplinary integration of mechatronics, material science, and bio-computing |
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| Project/Area Number |
18H05473
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前田 真吾 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (40424808)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澤田 秀之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00308206)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ゲル / エラストマ / 振動反応 / SMAワイヤ / 自走液滴 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人間共存用のロボットや知能機械の実現に対する期待が高まっている．そのような背景において，従来の価値観とは異なり「やわらかさ」を基盤とした科学技術が重要となる．つまり，ソフトロボットややわらかい機械を実現することである．特に本研究では，ソフトロボットの「しなやかな知能」を実現するために、確率的な方法を探求する．（１）ゲルと化学反応ネットワークについて，化学反応の連鎖（ネットワーク）とハイドロゲルがカップルした系についてこれまで基礎研究を進めてきた．具体的にはBelousov-Zhabotinsky(BZ)反応と呼ばれる濃度振動や空間的なパターンを示す化学反応に着目した．BZ反応によってゲルが機械的な拍動や蠕動性を示すことを明らかにしてきた．本研究ではそのような仕組を用いて新しい情報処理系を構築することを検討した．（２）液滴の自発運動とその運動制御について，研究をスタートした．無水オレイン酸の加水分解反応と界面活性剤が共役することで、自走する液滴の運動制御を試みた．液滴の形状を上手く制御することで運動の方向を決定できることが明らかになってきた．（３）SMAワイヤの高速応答性とソフトロボットへの展開について，研究を開始した．形状記憶合金SMAの高速応答性について、研究分担者の澤田らによって見出されている．本テーマではその高速応答性を利用し，確率的な情報処理手法で柔らかいデバイスや機械への展開を目指す．
ソフトロボット研究としてトップレベルの拠点のEdinburgh University，Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne, Scuola Superiore Sant'Annaらと共同研究を開始した．
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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
ゲルと化学反応ネットワークからなる情報処理系の構築について，少しづつ成果が出始めた．反応が進行した時にバブルが徐々に発生する技術的な問題があった．有機酸の酸化メカニズムを検討してバブルが発生しない条件をみつけることができた．1本の論文投稿を終えた．
液滴の自発運動とその運動制御について，新しく研究を始めたが原理検証を終え，物理化学的なメカニズムについて明らかにすることができ，論文投稿することができた．
ソフトロボットで使用される材料に多孔質構造の応力-歪特性について不明な点が多い．本研究では統計物理学を用いて，応力と歪の関係についてミクロとマクロの関係を明らかにする．ある程度方針については目途がたってきた．日常生活において多孔質構造は身近にある．学術的にも多くの実験データは散見するが理論研究はあまりなく，理解されていない点が多い．特に工学的な応用において，センサやアクチュエータへ応用展開するためにも，数理モデルは必要な必須であり，今後の研究展開を期待することができる．
SMAワイヤの高速応答性とソフトロボットへの展開について，SMAワイヤの高速応答性に関する微小振動の解析を実施した．これまで，現象の発見と応用研究に注力してきたが，メカニズム解明とアクチュエータ設計，制御を実現して行く予定である．適宜機械学習の手法などを適用する．
研究計画書に記載している通り，研究体制を構築するため，理論研究を実施できる研究員を1名，研究補助員2名を2019年4月から雇用した．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究実績の概要に記述した内容のテーマに対して，化学反応ネットワークと運動がカップル系のダイナミクスについて，数理モデルと解析を進め自己フィードバック系との関係を明らかにする．理論と実験と両面で研究を推進する．次に液滴の自発運動とその運動制御について，液滴に外骨格を加えることで自走液滴の運動の方向制御が可能になったので，外骨格と液滴の相互作用について検討を進める．本テーマにおいて，液滴内部のミクロの流体運動のマクロの運動の関係について数理モデルを検討する．SMAワイヤの高速応答性とソフトロボットへの展開について，SMAワイヤの特異な応答性について，X線構造解析に代表されるミクロな構造変化について詳細に実験を進める予定である．
上記以外にも新学術領域の計画班，公募班のメンバーと積極的に共同研究を推進する．また，国際連携としてEdinburgh University，Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne, Scuola Superiore Sant'Annaとさらなる共同研究を加速し，国際的な研究成果に繋げる．
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Research Products
(33 results)
