2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of World Smallest Insect-Type Robot with Implementation of Silicon Device
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18K04060
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
齊藤 健 日本大学, 理工学部, 准教授 (70580174)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | シリコンデバイス / マイクロロボット / 昆虫型ロボット / 静電アクチュエータ / ハードウェアニューラルネットワーク / 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、ミリメートルサイズのロボットにシリコンデバイスを実装した、昆虫型のマイクロロボットシステムの開発である。ロボットに実装するシリコンデバイスは、ロボットの移動機構である静電アクチュエータ、ロボットの制御機構であるハードウェアニューラルネットワーク、移動機構および制御機構に電源を供給する太陽電池である。３年間の研究実施計画の概略は、初年度に移動機構の開発、継続年度に制御機構の開発、最終年度に移動機構、制御機構、電源を搭載したマイクロロボットの開発である。
当該年度(継続年度)は、まず初年度に駆動に至らなかった静電アクチュエータの開発を引き続き行い、駆動に至らなかった原因を突き止め新たに改良を施した。その結果、東京大学微細加工プラットフォームの設備を用いて数種類の試作品が全て駆動する成果を得た。また、移動機構の開発と同時に、最終年度に向けてマイクロロボットの脚を新たに設計し駆動実験を行った。現在は移動機構を実装したマイクロロボットの筐体設計を行っている状況である。
ロボットの制御機構であるハードウェアニューラルネットワークの開発については、初年度に2回行った試作に引き続き、東京大学大規模集積システム設計教育研究センターを通じて3回チップ試作した。初年度に2回行った試作、当該年度のうち1回の試作は全て設計通りに動作する成果を得た。現在当該年度末に納品された試作チップの測定を行っている状況であり、最終年度に納品される試作チップの測定も併せて実施する予定である。結論として、当該年度に作製した試作チップはマイクロロボットの制御機構としての性能を満たし、開発は計画通り進んだ。
一連の研究成果を3件の雑誌論文、6件の国際学会、13件の国内学会に報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
現在までに、昆虫型マイクロロボットの移動機構である静電アクチュエータの駆動を確認し、開発が当該年度に完了した。現在、発生力の増大に対する検討や歩留まり率向上のための工夫について検討を行っている。また、移動機構をマイクロロボットに実装するために、静電アクチュエータの駆動力を伝達する脚の設計を行っている。従って、初年度および継続年度における進展状況は、当初の計画通りおおむね順調に進展している。
現在までに、昆虫型マイクロロボットの制御機構であるハードウェアニューラルネットワークの試作を5回行った。そのうち3回のチップの動作を確認し、1回は測定中であり、1回は納品待ちである。動作確認が取れたチップの後の試作は、改良を行っており、開発は当該年度に完了した。現在、制御機構に付随して移動機構を直接駆動可能な回路構成の検討として、静電アクチュエータの駆動電圧である60Vの耐圧があるチップ試作の準備を行っている。従って、初年度および継続年度における進展状況は、当初の計画通りおおむね順調に進展している。
最終年度に予定していた、移動機構、制御機構、電源を搭載したマイクロロボットの開発については前倒しし、既に設計を始めている状況である。また、当初計画にはなかったセンサの開発についても併せて実施している。従って、総合的な継続年度における進展状況は、当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は最終年度にあたり、これまでに開発したシリコンデバイスによる移動機構、制御機構および電源をマイクロロボットに実装するための研究を進める。実装のためには、移動機構、制御機構および電源を搭載するロボットの筐体設計が必要である。研究を遂行する上での大きな課題は、移動機構の電源電圧が60Vと一般的な集積回路としては高圧であり、現在主に用いている試作では実現が不可能な点である。現在、60V耐圧の試作を1回行ったが高額であるため、最終年度にて実現するためには他の助成金を用いて開発を行う必要がある。また、当初計画にはなかったセンサの開発についても併せて実施しているため、センサからの入力をハードウェアニューラルネットワークにフィードバックし、ロボットの動作を制御する回路を新たに設計する必要がある。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの感染拡大防止のため、予定していた国内学会が中止となり、旅費を計上しなかったため次年度使用額が生じた。次年度使用額は翌年度分として請求した助成金と合わせて、旅費に使用する予定である。
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[Journal Article] Study on Electrostatic Inchworm Motor Device for a Heterogeneous Integrated Microrobot System2019
Author(s)
Saito Ken, Contreras Daniel S., Takeshiro Yudai, Okamoto Yuki, Hirao Satoshi, Nakata Yuya, Tanaka Taisuke, Kawamura Satoshi, Kaneko Minami, Uchikoba Fumio, Mita Yoshio, Pister Kristofer S. J.
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Journal Title
Transactions of The Japan Institute of Electronics Packaging
Volume: 12
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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