2017 Fiscal Year Annual Research Report
自己センシング高分子人工筋肉の開発と物理原理に基づく制御指向モデリング
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17H03204
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
高木 賢太郎 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (60392007)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安積 欣志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (10184136)
入澤 寿平 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (30737333)
井上 剛志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70273258)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高分子アクチュエータ / 高分子センサ / 機能材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の内容は，大きく分けて，釣糸人工筋アクチュエータのモデリング，イオン導電性高分子センサのモデリング，人工筋アクチュエータモジュールの開発の３つである．それぞれ分けて平成２９年度の研究内容を以下に述べる．
＜釣糸人工筋アクチュエータ＞：人工筋アクチュエータモジュールの設計のためには，アクチュエータの特性がわからなければならない（モデリング）．モデリングと，いまだ不明な点が多い動作原理の解明に向けて，計測装置の設計と製作を行い，特性計測試験を行った．まず，実験データから構築できるブラックボックスモデリングに基づく内容について，エネルギー収支を考慮した非線形モデルを得た．成果は共同で論文発表と学会発表を行った．また，より物理原理を考慮し物理定数でモデルを表現する試みとしてグレーボックスモデリングの初期的検討を行い，成果として学会発表を行った．
＜イオン導電性高分子センサ＞：センサの出力電圧を表す物理モデルは提案されているが，非線形連立偏微分方程式で表され非常に複雑であり，工学的な近似モデルが必要とされている．センサ電圧発生モデルの近似モデル構築として，近似と空間離散化について定式化を行った．許容関数を用いる方法と，シンボリックな有限要素法の二つの方法によって，解析的に離散化モデルを導出することに成功し，非常に良い近似が得られた．シミュレーションは近似前のモデルには有限要素法ソフトウェア（COMSOL）を，近似後のモデルには数値計算ソフトウェア（MATLAB）を用いて行った．成果は学会発表にて報告を行った．
＜モジュールの開発＞：釣糸人工筋アクチュエータの基礎物性測定と，イオン導電性高分子センサの数理モデルの検討と離散化に重点をおいたため，モジュール開発に向けた検討については次年度以降に行うこととした．
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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
＜釣糸人工筋アクチュエータ＞：はじめに釣糸人工筋アクチュエータの予備実験のデータ解析を行ったところ，予期せずして，手作業で作製したアクチュエータ試料の応答の再現性が低いことが判明したため，再現性の高いアクチュエータ試料を外部から入手し再度予備実験を行う必要が生じた．またそれに付随して，当初予定していた市販の計測装置では，新たに入手した試料の特性計測に適切な計測範囲をもつものが見当たらず，新たに計測装置の設計と部品選定の必要が生じた．そのため，繰越を行い，計測装置を構築した．その後は進捗は順調である．
＜イオン導電性高分子センサ＞：モデル化において，進捗は順調である．
＜モジュールの開発＞：釣糸人工筋アクチュエータの基礎物性測定と，イオン導電性高分子センサの数理モデルの検討と離散化に重点をおいたため，モジュール開発に向けた検討については次年度以降に行うこととした．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度は釣糸人工筋アクチュエータの特性計測装置の設計のための検討が必要となった．動作原理が十分に解明されていないため，今後，釣糸人工筋の特徴づけやモデル化のための計測装置には随時変更や検討が起こりえると考えられるため，その都度柔軟に修正，設計変更を行う予定である．
なお，繰越をしたため，同時に平成30年度に得られた実績を踏まえ，平成２９年度の今後の研究推進方策は平成３０年度実績報告書にまとめて具体的に記載するものとする．
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