2022 Fiscal Year Annual Research Report
1mm insect-inspired MEMS flyer using multiphysics-multisystem strong coupling
| Project/Area Number |
20H04199
|
|---|
| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
石原 大輔 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (80363399)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | マルチフィジクス / マルチシステム / 連成解析 / 昆虫規範 / MEMS / FWNAV / 計算バイオミメティクス / ポリマーマイクロマシニング |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
昆虫飛行は，マルチフィジクス・マルチシステム強連成を巧みに利用して，1mmオーダーの微小化を達成している．ゆえに昆虫を規範とすることで，ドローンのような飛行体を微小化することが期待されている．しかし，現象の複雑さと加工技術の限界から，1mmオーダーの昆虫規範型飛行体は実現されていない．そこで本研究では，Ⅰ．マルチフィジクス・マルチシステム強連成解法を開発し，Ⅱ．それを用いて，MEMSの2.5次元構造が昆虫飛行メカニズムを有するように設計し，Ⅲ．それを実際にMEMSプロセスで作成することで，1mmオーダーの昆虫規範型MEMS飛行体を実現する．
本年度の研究実施計画に沿って，以下の研究成果を得た：Ⅲ．1mmオーダーの昆虫規範型MEMS飛行体の作成と評価を行った．昆虫進化の帰結から最小と考えられる1mmオーダーの昆虫規範型飛行体を本アプローチにより実現できる可能性を示すことができた．まず，(a) 飛行体の作成を行った．代表者が開発したMEMSプロセスは原理的には1mmをはるかに超えて微小化できる．課題は，構造材料の感光性ポリマー薄膜（板厚10μm程度）を非常にもろい前駆体状態で何層も積層するため，各層ごとの接着，露光，現像，熱処理（ポリマー転換）で亀裂が頻繁に生じることであり，フォトマスクの形状を先進的な計算力学で設計することで，亀裂の原因となる多種多様な応力を低減できた．この独自の計算力学技術により，他に類例の無い複雑で動的な微小構造物を作成することができた．次に，(b) 飛行体の評価を行った．飛行体が小さく，高速で羽ばたくため，マイクロスコープ付き高速ビデオカメラによる観測を行った．アクチュエータである圧電バイモルフに高電圧を細い金属線で印可した．高速ビデオカメラ記録により，推進力を評価した．この結果，研究発表に示す研究成果を得た．
|
| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
