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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Development of self-sensing polymer artificial muscle and its control-oriented modeling based on physics

Research Project

Project/Area Number 17H03204
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

高木 賢太郎  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60392007)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 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)
田原 健二  九州大学, 工学研究院, 教授 (80392033)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2022-03-31
Keywords高分子アクチュエータ / 高分子センサ / 機能材料
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.2021年度の研究成果を,研究内容別に分けて述べる.
まず釣糸人工筋アクチュエータとして,これまで研究してきた特徴づけ(Characterization)の結果と数理モデリングの知見を融合し,静的な数理モデルの基礎を完成させることができた.そして,特性計測をもとにTPFの静的なモデルを構築し,静的なシミュレーションが可能となった.ねじり型(TPF)のアクチュエーション張力が初期ねじり回数が増えると逆に減少する現象の物理的な説明と可能となった.成果は国際学術論文として投稿し掲載された.動的なシミュレーションは,今後の課題である.
続いて,イオン導電性高分子センサについて,厳密解が求められるはずである線形近似した電圧発生モデルについては式展開を進めており,予備的な結果が得られつつあり,成果を公表予定である.また,誘電エラストマーの基礎的な物理特性について計測方法を発展させ,非線形特性を計測する方法の検討を進めており,成果を公表予定である.
最後にモジュールの開発について,モジュール化に向けて3Dプリンタを用いて屈曲型モジュールの試作を行い,動作の検証結果を国内学会で発表した.また,釣糸人工筋アクチュエータと高分子センサを複合させる予備実験に成功した.ゴルジ器官に類するセンサの候補として誘電エラストマセンサを選び,特性計測を行った.その結果,SN比が悪いという問題点はあるものの,力センサとして利用することが可能であることがわかった.成果は国内学会にて公表した.

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2021

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Modeling and characterization for straight twisted polymer fiber actuators in blocked torsion: effect of radial thermal expansion2021

    • Author(s)
      Takagi Kentaro、Iwai Hiroki、Oiwa Chihaya、Irisawa Toshihira、Shioya Masatoshi、Masuya Ken、Tahara Kenji、Sakurai Daichi、Watanabe Haruhiko、Asaka Kinji
    • Journal Title

      Smart Materials and Structures

      Volume: 30 Pages: 065023~065023

    • DOI

      10.1088/1361-665X/abfc1a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanism for anisotropic thermal expansion of polyamide fibers2021

    • Author(s)
      Kimura Daisuke、Irisawa Toshihira、Takagi Kentaro、Tahara Kenji、Sakurai Daichi、Watanabe Haruhiko、Takarada Wataru、Shioya Masatoshi
    • Journal Title

      Sensors and Actuators B: Chemical

      Volume: 344 Pages: 130262~130262

    • DOI

      10.1016/j.snb.2021.130262

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A method to characterize the mechanical impedance of thin stacked DEAs by suspension and electrical excitation2021

    • Author(s)
      Kitazaki Yuya、Takagi Kentaro、Kondo Kota
    • Journal Title

      Proc. SPIE

      Volume: 11587 Pages: 1158720~1158720

    • DOI

      10.1117/12.2584723

  • [Presentation] 加熱と強制空冷の切り替えを伴う釣糸人工筋の位置制御のためのモデル化について2021

    • Author(s)
      東内裕武,安達悠河,舛屋賢,田原健二,入澤寿平,高木賢太郎
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
  • [Presentation] 釣糸人工筋の収縮速度を10倍以上改善するフィードフォワード制御と温度制限について2021

    • Author(s)
      安達悠河,東内裕武,舛屋賢,田原健二,入澤寿平,高木賢太郎
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
  • [Presentation] 釣糸人工筋肉の Coil Spring Index と作製時荷重の関係について2021

    • Author(s)
      岡本 岳人,東内 裕武,入澤 寿平,塩谷 正俊,舛屋 賢,田原 健二,高木 賢太郎
    • Organizer
      第22回計測自動制御学会 システムインテグレーション部門講演会
  • [Presentation] 誘電エラストマセンサを用いた釣糸人工筋の張力計測に向けて2021

    • Author(s)
      Faruq Aiman,足立 征士,東内 裕武,田原 健二,舛屋 賢,入澤 寿平,高木 賢太郎
    • Organizer
      第22回計測自動制御学会 システムインテグレーション部門講演会

URL: 

Published: 2022-12-28  

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