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

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H03204
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: Toyohashi University of Technology (2020-2021); Nagoya University (2017-2019)
• Principal Investigator: Takagi Kentaro 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) ; 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, 上級主任研究員 (10184136)
• 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 / 人工筋肉 / ソフトロボティクス

Outline of Final Research Achievements

This project carried out the development of a fishing-line artificial muscle actuator with a self-sensing function and modeling its operating mechanism.
Specifically, the following four results were obtained. (1) Elucidation of the operating principle of the fishing-line artificial muscle actuator and modeling of the generated torque, (2) Control-oriented modeling of ionic polymer sensors using the symbolic finite element method, (3) Development of characterization method of the dielectric elastomers based on electric excitation, (4) Development of self-sensing fishing-line artificial muscle actuator module with polymer sensor.

Free Research Field

アクチュエータ工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生物の骨格筋のような自己センシング可能なアクチュエーション機能を実現すべく，最新の高分子アクチュエータ・センサを用いて，すべて高分子だけでできた人工筋肉モジュールを開発することを目指した．
学術的成果として，釣糸人工筋の動作原理と発生力（トルク）の数理モデル，イオン導電性高分子センサの使いやすい数理モデル，誘電エラストマーの特性評価手法の開発についての成果を得た．そして，誘電エラストマーセンサによって張力を計測しながら収縮力を発揮する釣糸人工筋アクチュエータを試作し，ロボットのための自己センシング高分子人工筋の実現への手がかりを得た．