2023 Fiscal Year Final Research Report

Active Control of Viscoelastic Microjets and Their Deployment in Next-Generation Manufacturing Processes

Research Project

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Project/Area Number	20H00223
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 19:Fluid engineering, thermal engineering, and related fields
Research Institution	Tokyo University of Agriculture and Technology
Principal Investigator	Yoshiyuki Tagawa 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70700011)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	安藤景太慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (30639018) 山中晃徳東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50542198) 長津雄一郎東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60372538) 田中あかね東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (80418673) 武藤真和名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30840615)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	粘弾性マイクロジェット / 能動制御 / 無針注射 / 軟質材料印刷 / 高精度製造 / 液滴ダイナミクス / 機械学習 / レオロジー
Outline of Final Research Achievements	We developed active control techniques for viscoelastic microjets and established their foundational basis. We conducted experiments on the large elongation phenomenon, clarifying that viscoelastic microjets, after significant stretching, return without separating. We investigated the separation of liquid threads and microdroplet formation, observing significant elongation effects and the persistence of liquid threads for several seconds. We also analyzed high-speed microdroplets' behavior upon collision with solid walls and discovered that, contrary to conventional theories, the droplets do not splash, leading to a new physical model. Using machine learning, we extracted characteristics of droplet collision phenomena and confirmed consistency with experimental results. This research expands the potential applications of needle-free injection and high-precision printing technologies for soft materials, promising advancements in next-generation manufacturing processes.
Free Research Field	流体工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究は、粘弾性マイクロジェットの能動制御技術を確立し、次世代製造プロセスに新たな可能性を提供するものである。無針注射技術の向上により、患者の痛みを大幅に軽減し、安全で効果的な薬剤投与が可能になる。この技術は特に小児や高齢者に有益である。また、高精度な軟質材料印刷技術の発展により、ウェアラブルデバイスやバイオプリンティングなどの先端分野での応用が期待される。これにより、医療分野ではセンサーや細胞シートの作製が可能になり、工業分野では高精度な電子回路の製造が実現する。この研究は医療および工業分野の技術革新に寄与し、社会に広範な恩恵をもたらす。