Development of muscle sheet

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K14193
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 遠山 茂樹 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20143381)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): Venture Gentiane 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30538278) ; 石田 寛 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80293041)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 超音波モータ / TRモータ / 関節アシスト

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、筋繊維の機能を模した微小超音波モータ（TRモータ）を用いて貼付型のアシストデバイス（マッスルシート）を開発することである。これは腕や腰、膝などのアシストを必要とする関節に貼付することで関節アシストするものである。出力トルクを大きくするため、真鍮３mm立方体の有限要素法振動解析より駆動力の大きな振動モードを求め、新たにTRモータを設計した。さらに、出力トルクを増大のためステータにバルク型のPZTを貼り付けた。ロータは円筒状のコマをジョイントで接続し、フレキシブルな構造とした。ロータには接触面方向にバネを組込、ステータとの押しつけ力を調整できるようにした。これより、従来のTRモータに比べ、一桁大きな推進力を得ることできる可能性を示した。さらに薄型の筋電センサーを利用し、筋肉の起動と停止（それぞれ、等張運動と定尺運動）を検出することで、モータのオンオフを実現できることを示した。例えば、持ち上げ動作では重量物の把持から始まるため、モータをONにするための測定部位は腕部の筋肉から選定することになる。関節運動及び要する筋肉は手指関節の屈曲(深指屈筋、浅指屈筋)、手関節の屈曲(撓側手根屈筋、長掌筋など)、肘関節の屈曲(上腕二頭筋、腕橈骨筋)であるが、腕部では長掌筋、腕橈骨筋、上腕二頭筋から選定することにする。また、持ち上げ動作は上体を起こし終えるか、上体を起こす動作を途中でやめたときが持ち上げ動作の終了と言えるので、モータをOFFにするための測定部位は、腰椎の伸展に関わる脊柱起立筋とした。このように選定することで、モータのオンオフを実現出来る可能性を示すことができた。最終的に、薄型のバッテリーと組み合わせてシート状のマッスルシートの有効性を示すことができた。