2021 Fiscal Year Annual Research Report
6 DOF Non-Contact Micro Manipulation for Biological Object
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19H02093
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
新井 健生 電気通信大学, 脳・医工学研究センター, 客員教授 (90301275)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小嶋 勝 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (00533647)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マニピュレーション / 微小対象 / 旋回流 / インジェクション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，液体中における細胞などん生体微小対象物の6自由度非接触マニピュレーションについて，新たな駆動原理の探求と具体的駆動方法を提案し，対象物のサイズや駆動速度の限界を見極め，バイオ分野での有用な応用例を示すことである．今年度は以下の項目を実施し有用な成果を得た．
1）ハイドロダイナミクスの定式化と回転速度評価：単一振動アクチュエータによる駆動の円弧運動をリサージュ原理に基づき解明した．アクチュエータの振動と直交するカンチレバーの振動が，アクチュエータ振動数により変化する関係を解明し，完全な円弧運動を実現する駆動電圧を明らかにした．さらに，回転水流が微小対象物を回転させる原理を詳細に解明するため，Navier-Stokesの非線形微分方程式を適用し，最適な適用周波数を求めると共に，振幅と距離（対象物と振動ピペット間）が回転速度に及ぼす影響を詳細に解明した．
2）6自由度マイクロハンドによる回転流の生成：回転方向や速度がより自由に選択できる汎用的なマニピュレーションを実現するため，高剛性高速マイクロハンドを設計試作し，回転流を生成して微小対象物の多自由度マニピュレーションを実現した．マイクロハンドは3PRS構造を有する3自由度ハンドを組み合わせた動作空間の大きな機構である．先端ピペットを200Hzで回転することができ，円軌道誤差（楕円の長径と短径の差）が2.4％以内で回転流を実現した．
3）回転マニピュレーションのバイオ応用実験：既に提案済みの流路内で卵細胞を補足するシステムに外部より超音波振動を与え，バブル駆動の原理により卵細胞を回転させ，卵細胞の外部性状の観察を行った．また，高速カメラを適用しビジュアルフィードバックにより，インジェクションのために必要な精密位置制御を実現した．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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