2020 Fiscal Year Annual Research Report
Research on life extension and breaking mechanism for self-repairable artificial muscle
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18K13711
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
戸森 央貴 山形大学, 大学院理工学研究科, 助教 (30783881)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 人工筋肉 / 空気圧 / 熱可塑性エラストマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では空気圧ゴム人工筋肉に修復機能を付加することで長寿命化を目指す。これまでに人工筋肉の構成要素が人工筋肉の破損に与える影響を調査し、折れに弱い従来の炭素繊維からアラミド繊維に変更することで大幅な寿命改善を達成した。
続いてゴム部分に修復機能を付加するため、スチレン系熱可塑性エラストマ（SEPS）に着目した。はじめにSEPS試験片で繰り返し引張試験を実施し、破断までの回数を調査した。さらに試験中に定期的な熱処理を施した試験片についても調査し、定期的な熱処理が破断までの回数を延ばすことを確認した。繰り返しの引張りによって試験片の引張応力が増加したことから、内部の分子鎖が配向し柔軟性が低下したと推測した。熱処理はこの分子鎖の配向を緩和させることで寿命を改善させたと考えている。さらに、非接触の熱処理を実現するため、SEPSに炭素粒子を混合しマイクロ波による過熱を実現した。
最終年度はSEPSを人工筋肉に適用するため、繊維を内包したチューブ状に成型する方法の確立を目指した。成型方法は有機溶媒のトルエンに溶かしたSEPSに芯材をディップする手法と、熱による金型成型を提案し、試行の結果、有機溶媒を使わず、大量生産可能な熱成型を選択した。本手法でははじめにシート状に成型したSEPSでアラミド繊維を挟みホットプレス成型を行う。この繊維包含シートを円筒状金型で熱成型しチューブ状に成型した。成型温度が低いとSEPSと繊維の間に欠陥が生じ、高すぎるとSEPS内部にガスが発生することや、高すぎるプレス圧は繊維の配向が崩れることが明らかになり、適切な成形条件を調査した。その結果、人工筋肉として使用可能な繊維包含SEPSチューブの成型に成功した。今後の展開として、チューブ形状を保ったまま熱処理を実施する方法や、外的要因によるゴムの破損にどこまで修復で対応できるかなどの調査が必要と考えている。
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