2020 Fiscal Year Annual Research Report
Gel Robotics with Machine Learning - Development of Autonomous 3D Printing and Scanning System
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17H01224
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
古川 英光 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50282827)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 機械学習 / ゲル / 3Dプリンタ / 3Dスキャナ / 高分子構造・物性 / 機械材料・材料力学 / レーザー加工 / 動的粘弾性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者は平成25-27年度の基盤研究（B）「高強度・形状記憶ソフト＆ウェット材料の超高精度自由造形法の確立」において、３Dゲルプリンティング技術の確立とその応用可能性を示すことに成功し、その成果は３Dゲルプリンターの実用化や大学発ベンチャーの設立に至っている。本研究は、デジタル制御で高機能性３Dゲル材料の合成と構造物性解析の両方ができるシステムを試作し、機械学習によって造形する材料の成分や反応条件の最適化や新規機能性材料を自律的に探索するゲル材料研究ロボットの開発を目的とする。従来のコンビナトリアル・ケミストリーのアプローチを刷新し、デジタル活用でゲル研究の超加速化の可能性を探り、最終的には深層学習と材料研究の広範な融合を目指す。３Dプリンター分野での日本の遅れを挽回し一気に先頭に踊り出ることを目指す。2020年度は下記を実施した。
(5)【ゲルの透明度・色の測定】前年度に透明度変化の定量的な測定系を構築するために、UV光の照射強度により透明度(白濁度)が変わるゲルの造形方法を確立した。
(6)【柔らかさ・滑らかさの測定】前年度に照射強度で場所によってゲルの弾性率を変えた3D造形物を作製することができるようになったことから、ゲルの大変形時の動的粘弾性を直接測定する機能を3Dプリンターに組み込むことについて検討した。
(7)【レーザー後加工の検討】前年度に、透明度の高いゲル材料にレーザー加工を施す方法を検討した。摩擦測定によってレーザー加工の効果を評価する方法について検討した。
(8)【ゲルロボ1号を用いた探索研究手法の確立】前年度に検討した機械学習を使って非破壊でもゲル網目のナノ網目構造が自動的に算出される研究手法をさらに検討し、この研究所法の拡張としてナノ網目サイズの定量からゲル網目の弾性率を自動的に求める方法を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
白濁化により色素を用いないで、3Dゲルプリンターで透明と白濁を局所的に作り分けることができる技術が確立された。また、ゲルの大変形時の動的粘弾性を直接測定できる機能を当初の計画になかった方法で3Dプリンターに組み込む方法に一定の道筋が示された。ゲル表面のレーザー加工の効果を、加工面の動摩擦係数の測定で評価できることが確認できた。さらに機械学習により、ゲルのナノ網目サイズと弾性率を非破壊で自動的に評価できることできた。また、本研究で得られた知見から発展し、レーザー光を照射して食品を三次元造形する技術が生まれ、知財化することに成功した。このように当初の研究計画を上回る成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
【望む形・色・柔らかさ・滑らかさを探索する3Dゲルプリンターシステム「ゲルロボ2号」の構築】
これまでの研究成果として、3Dゲルを造形し、ゲルの透明／白色の制御、硬さ／柔らかさの制御、寸法精度や滑らかさの制御と、それらを評価し、次の造形に活かすことができる統合システムの要素技術の開発を目指す。これにより3Dプリンティングやデジタル設計を前提とするソフトマテリアル研究が可能になる。
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