2021 Fiscal Year Annual Research Report
スナップモータ：撃力インタラクションによる小型軽量アクチュエーション基盤の創成
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20H02106
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
望山 洋 筑波大学, システム情報系, 教授 (40303333)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 友之 筑波大学, システム情報系, 助教 (50424825)
矢木 啓介 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (90802710)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | アクチュエータ / 撃力 / ソフトロボティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，フィジカル空間に有効に働きかける小型・軽量の新しいアクチュエーション基盤技術を確立し，超スマート社会の実現に貢献することである．この目的に対し，本研究では，既存の電磁モータと最新のソフトロボティクスを融合させた“スナップモータ”によるアクチュエータ基盤技術の確立を目指す．スナップモータは，撃力によりフィジカル空間に働きかけるアクチュエーション技術である．具体的には，弾性ロッド，電磁モータ，フレームの３つの構成要素のシンプルなループ構造であり，弾性ロッドに飛び移り座屈を生じさせることで俊敏動作を得て，撃力を生む．本研究では，基礎から応用に亘る，４つの課題（①スナップモータの設計論の構築，②スナップモータによる撃力が身体内部の組織に与える影響の調査，③スナップモータの流体を搬送するパルスポンプへの応用可能性の検討，④打音検査用アクチュエータとしての応用可能性）に取り組んでいる．
今年度の主な研究成果は，以下の3つである．
１つ目の成果は，課題①において，アーチ形の高出力スナップモータの大変形シミュレータを実現し，その設計に関する知見を得たことである．この研究成果の一部は，伝統あるロボティクスの国際誌であるAdvanced Roboticsに採択され，公表されている．
２つ目の成果は，スナップモータのパラレル機構により，新たなスナップポンプを開発したことである．面状の変形と捉えられることから，スナップシェルと名付けられたこの新たなスナップポンプは，高いエネルギー効率の実現に成功している．
３つ目の成果は，課題④において，スナップモータを利用した小型・軽量の打音装置のプロトタイプを改良し，さらに，その性能を明らかにした点である．これにより，ドローンに搭載した打音検査システムへの見通しを得て，コンクリート不良を調べる実際の現場で実験を行うフェーズへと進んでいる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に記載した通り，課題①について，アーチ形スナップモータの大変形を計算できるようになってきており，設計論の構築に進展が見られた．また，課題②についても，曲面の変形と捉えることのできる新たなソフトポンプであるスナップシェルの開発を行った．さらに，課題④の打音装置についても，撃力性能のみならず，耐久性についても調査が進み，ドローンと組み合わせて，現場での実証実験のフェーズに至っている．
一方，課題③に関しては，COVID-19感染拡大がまだ収束しない中，いまだ実験が行いにくい状況であるが，動物解剖学の専門家の協力を得て，実験を進めていく予定である．以上のことから，研究全体としては，おおむね順調に進展していると判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，４つの課題１～４に対し，それぞれ以下の研究の実施を予定している．
１．スナップモータの設計論の構築：スナップモータの仕様を整理し，仕様を満足するスナップモータを設計するための理論を構築する．特に，スナップモータの撃力性能を，弾性ロッド理論を駆使して，精度よく予測する手法を確立する．
２．スナップモータによる撃力が身体内部の組織に与える影響の調査：スナップモータの撃力が身体内部の組織にどのような力学的な作用をもたらすかを計測する．動物解剖学の専門家の協力を得て，生きていない状態の動物の身体を用いて実験をおこなう．
３．スナップモータの拍動ポンプへの応用可能性の検討：スナップモータを用いた拍動ポンプであるスナップポンプのさらなる性能向上を追求する．また，流体力学の専門家の協力を得て，スナップモータと流体との力学的相互作用をモデル化し，スナップポンプの設計論を，ダイナミクスの観点から検討する．
４．打音検査用アクチュエータとしての応用可能性：打音検査用スナップモータを搭載したドローンにより，実際のコンクリート不良を検出できるかを調査するフィージビリティ実験を実施する．
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| Remarks |
アーチ形スナップモータの研究に関して，発表者の翠健仁が，日本ロボット学会第11回ロボティクスシンポジア研究奨励賞を受賞(https://www.rsj.or.jp/info/awards/category/investigation_rs/)．
打音検査用スナップモータを搭載したドローンの研究が，2021年7月5日日刊工業新聞に掲載(https://newswitch.jp/p/27868)．
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