2018 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) |
入澤 寿平 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (30737333)
田原 健二 九州大学, 工学研究院, 准教授 (80392033)
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)
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３０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研究を進めている．本年度の研究の結果，収縮型（TCPF）だけではなくねじり型（TPF）の動作の特性計測が重要であることがわかってきた．さらに，温度に依存して，履歴現象（記憶効果）が生じることを新たに発見した．これを温度依存履歴現象と名付け，特性計測を行った．物理原理は現在検討中であるが，発見した成果は複数の学会にて発表を行った．
＜イオン導電性高分子センサ＞：センサの物理モデルはすでに提案されているが，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．前年度に得られたセンサ電圧発生モデル近似に加えて，センサ電流発生モデルに着目し，研究を進めた．電流発生モデルにおいても，シンボリックな有限要素法によって，解析的に離散化モデルを導出することに成功した．電圧に比べて電流をシミュレートするためには，より高い次数が必要であったが，非常に良い近似が得られた．成果は複数の学会発表にて報告を行った．
＜モジュールの開発＞：前述のように，釣糸人工筋アクチュエータに関して，これまでに知られていない新しい特性（温度依存ヒステリシス）を見出した．そのため，モジュール開発に先駆けて釣糸人工筋アクチュエータの特性計測とモデル化に重点をおくものとした．
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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＞：特性計測において新たな発見があり，当初予定していたモデル化に必要なエフォートは大きく増えているが，研究は順調であると考えられる．
＜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＞：前述のように，釣糸人工筋アクチュエータに関して，これまでに知られていない新しい特性（温度依存ヒステリシス）を見出した．そのため，モジュール開発に先駆けて釣糸人工筋アクチュエータの特性計測とモデル化に重点をおくものとした．
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| Strategy for Future Research Activity |
＜釣糸人工筋アクチュエータ＞：これまでの研究で作製した特性計測実験装置を用いて，熱・機械の相互変換特性の計測を引き続き行う．熱・機械の変換特性を計測した結果，収縮型（TCPF）だけではなくねじり型（TPF）の特性計測が重要であること，また，温度による履歴現象が存在することがわかってきた．それぞれをより詳細に計測することにより，物理原理の解明に向けた成果が大いに期待できる．まず，実験による特徴づけ（Characterization）の基礎となる本質的なデータを得ることを目的とする．
＜イオン導電性高分子センサ＞：これまで，解析的な有限要素法により，電圧発生モデルならびに電流発生モデルが得られてきた．電圧発生と電流発生それぞれのモデルの特性を比較検討する．また，低次元化については容易にできる場合と，難しい場合があることがわかってきたため，それを明らかにすることを目的とする．また，厳密な解析解に関する知見についても結果が得られつつあるため，検討を進める．なお，提案解析的近似モデルの数値計算と直接数値シミュレーションには，市販ソフトウェア（MATLAB，COMSOL）を用いる．
＜モジュールの開発＞：モジュール化に適した釣糸アクチュエータを検討するとともに，ゴルジ腱器官を実現するイオン導電性高分子センサの検討を行う．モジュールの設計について引き続き検討を行う．
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