2017 Fiscal Year Annual Research Report
Implantable power generation system utilizing muscle contractions controlled by electrical stimulation
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16K14142
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
進士 忠彦 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60272720)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土方 亘 東京工業大学, 工学院, 准教授 (30618947)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 骨格筋 / リニア式発電機 / 電気刺激 / 体内植え込み |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，大胸筋などの骨格筋の一部をアクチュエータとしてもちい，電気刺激により発生する筋収縮運動を電力変換するシステムの実現を目指す． 具体的には，身体の機能に影響を与えない数グラム程度の骨格筋を電気刺激で収縮し，その運動を用いたmWクラスの発電を数値目標とする．筋肉の収縮運動を電力変換する方法としては，通常の発電機と同様，筋肉の収縮運動（直線運動）を回転運動に変換し，ロータに取り付けた磁石列を回転することで電磁誘導を発生する方法(回転型)と，筋肉の収縮運動（直線運動）から直接永久磁石を駆動し，電磁誘導により発電する方法(直進型)が考えられる．本研究では，回転型と直線型２つのアイディアを軸に研究を進める．また，マイクロ発電機の提案・試作と並行し，カエルの筋肉を用いた電気刺激実験を行い，筋肉の基礎特性データを取得し，発電機の設計・試作に活用する．
本年度は，昨年度の回転型の軸受耐久性の懸念を解決するため，機構からしゅう動部を完全に排除した，直進型発電機を提案，評価した．発電機構は，平行ばねに案内された振動子に発電素子を設置し，平行ばねへのエネルギー伝達機構として，磁力を用いた簡易な非接触クラッチ機構を採用したことで，完全なしゅう動部の排除，かつ筋収縮終了後も継続して発電可能な機構を実現した．平行ばね機構はワイヤ放電加工で一体成型したため，機構の減衰力を極めて小さくすることができた．20×1×ｔ1mmのネオジム磁石を振動子に10個配置し，カエルの骨格筋実験で得られた発生力0.35N,ストローク3.5mm以下の入力で，振動子に初期変位を与え，発電実験を行ったところ，最大瞬時出力0.2mW,効率24.7%を実現した．
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