Development of a fiber soft actuator based on textile engineering

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K18832
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 橋本 稔 信州大学, 繊維学部, 特任教授 (60156297)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 塚原 淳 信州大学, 学術研究院繊維学系, 助教 (70601128)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2021-03-31
• Keywords: PVCゲル / ソフトアクチュエータ / 人工筋肉 / 芯鞘構造 / 高分子 / ディップコート / 繊維工学

Outline of Annual Research Achievements

繊維工学の技術を利用して、生体筋と同等の特性を有するファイバーソフトアクチュエータの創製を目的とし、2019年度は撚糸構造のアクチュエータを作製して特性評価を行った。
まず、撚糸構造アクチュエータ作製のために芯鞘構造ゲルファイバー長の拡大を実施した。2018年度に試作段階で作製したゲルファイバー長は約4㎝であったが、今年度はストローク30㎝のディップコータを導入し、引上げ速度の最適化やPVCゲル溶液の粘度調整を実施した。その結果、20㎝以上の芯鞘構造ゲルファイバーを得ることが出来た。また、連続でディップすることによって乾燥工程を大幅に省略することに成功し、引上げ速度と連続ディッピング回数によるPVCゲルコーティング厚のコントロールが可能となった。コーティング厚の精度は±70μm程度であるが、今後はより均一なコーティングを目指して改良を加えていく予定である。
次にディップコーティングにより作製した芯鞘構造ゲルファイバーを陰極、導電性ファイバーを陽極とし、それらを撚り合わせて、撚糸構造アクチュエータを作製した。その結果、陰極のPVCゲルコーティング厚が均一で薄いほど撚糸構造アクチュエータの変位量が大きいことが分かった。また、陰極・陽極の撚り回数の比較では、撚り回数16回と8回の撚糸構造アクチュエータの変位量を比較したところ、撚り回数16回では変位量約60μm、撚り回数8回では変位量約28μmと、陰極と陽極の撚り回数によって撚糸構造アクチュエータの変位量が向上することが分かった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画では、2019年度に撚糸構造アクチュエータの作製とモデル化及び設計を実施することとなっていた。現在、撚糸構造アクチュエータの特性評価を実施しており、この結果に基づいて電極材料やPVCゲルのコーティング厚、陰極と陽極の撚り回数の最適化を図る予定である。また、モデル化については、前年度にアクチュエータのファイバー径と長さとの関係について考察がされているが、より詳細なモデル化については検討途中であるため、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後は撚糸構造アクチュエータの特性向上を目的とし、陰極への均一コーティングや陰極・陽極の撚り回数を増やすなどの撚糸構造の最適化を実施する予定である。更に、PVCゲルの組成比調整や陽極の選定など材料の最適化も実施する。
また、撚糸構造アクチュエータの発生力評価を実施し、アクチュエータの構造と発生力、変位量の関係をモデル化する。それらと実験値を比較し、より詳細なモデルを確立する。それに基づき撚糸構造アクチュエータの最適構造を見出す予定である。

Causes of Carryover

本年度はディップ加工の最適条件の検討やコーティング厚の比較など、試行錯誤を重ねる実験が中心となり、特性評価項目も変位量のみであった。そのため、当初予定していた発生力や電流値測定のための装置購入が次年度購入へと変更となった。また、材料検討についても本年は数種のみの実施となっており、これらアクチュエータ材料の購入も次年度へ継続する予定である。