2017 Fiscal Year Research-status Report
内視鏡に実装するための誘電エラストマーアクチュエータによる生体内音源デバイス
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17K18858
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
細矢 直基 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40344957)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 真吾 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (40424808)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 誘電エラストマーアクチュエーター / 音響放射特性 / 振動特性 / 球面 / 自由曲面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体組織の病変を早期に発見するために，生体組織を外部から加振し，その際の応答を核磁気共鳴画像法 (Magnetic Resonance Imaging: MRI) により，生体組織に伝播する波動を可視化し，その弾性率を評価する方法として，Magnetic Resonance Elastgraphy (MRE) が検討されている．しかし，広範囲な弾性値を持つ様々な生体組織に対応するためには，十数Hz～数十kHzまでの広帯域な周波数成分を含む入力が必要であるが，加振器のような接触式デバイスでは非常に軟らかい生体組織に対して広帯域な周波数成分を含む入力を作用させることができない．本研究では，所望の音響放射パターン（指向性）に単一デバイスで制御できる，直径数mmの大きさの誘電エラストマーアクチュエータ (Dielectric Elastomer Actuator: DEA) を用いた音源デバイスを創成する．
平成29年度は，風船型球面DEAを実現した．柔軟電極をカーボンブラック，誘電エラストマーをアクリル系とし，空気圧により膨らませることで球面DEAとした．この風船型球面DEAスピーカの形状を計測したところ，真上から見た形状は直径15 mmの円，真横から見た形状は長径15 mm，短径12 mmの楕円であった．膨張前の薄膜DEA（円板）の面積が78.5 mm^2，風船型球面DEA（楕円殻）の表面積が2459.2 mm^2であるので，3033 %拡大することに成功した．また，この風船型球面DEAの音響放射特性，振動特性を計測することで，音源デバイスとして有効であることを検証した．さらに，音響放射特性と風船型球面DEAスピーカの振動モード形との関係を調べた．
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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
平成29年度は，風船型球面DEAを実現した．風船型球形DEAを実現するために柔軟性が良く，絶縁破壊強度が高い，誘電エラストマー（アクリル系またはシリコン系，厚さは20 ~ 100 マイクロメートル程度）を選定し，誘電エラストマーの材質，厚さ，空気圧などを検討した．その結果，誘電層には厚さ50 マイクロメートルのアクリルゴム，導電層にカーボンブラックを用い，誘電層の両面に導電層を塗布して3層構造とすることが適切であることがわかった．また，空気圧は数 kPa程度，印加電圧は数百V程度で駆動することがわかった．この風船型球形DEAの音響放射特性，および振動特性を調べたところ，研究代表者が過去に検討した半球殻DEAに比べ，生成される音圧がほぼ同じであるにもかかわらず，駆動電圧を0.4倍の低電圧化，音響放射範囲を1.5倍に拡大できることがわかった．また，この風船型球面DEAの音響放射特性と振動モード形との関連を調べたところ，所望の音響放射特性を実現するためには適切な振動モード形が存在することを発見した．したがって，本研究はおおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は，平成29年度における本研究の成果を研究論文としてまとめ，これを国際的なジャーナルに投稿することで，本研究により得られた知見を公表することに努める．また，国内に向けては，研究会などで発表することで対応する．
平成29年度に得られた知見を活用することで，自由曲面DEAを実現する．風船型球面で得られた知見を活用し，DEAの形状に加え，振動モード形，柔軟電極・電圧パターンの最適な組み合わせを探索することで，一体成形された自由曲面DEAを実現する．また，音響放射パターンを制御すれば，音波を収束または発散させることができるため，音圧レベルも制御できる．
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| Causes of Carryover |
計測機器を含め，既に所有しているもので多くの検討を実施できたため，使用額に差が生じた．平成30年度は，DEAの駆動確認，音響放射特性，振動モード形を効率良く計測するための設備備品の導入，本研究で得られた成果を国際的なジャーナルに論文として投稿するための費用として使用する．
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