2023 Fiscal Year Annual Research Report
A study of the fast phase transformation of Shape-memory alloy wires and its application to tactile display and bidirectional tactile communication
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20H04214
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
澤田 秀之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00308206)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
重宗 宏毅 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (40822466)
ハルトノ ピトヨ 中京大学, 工学部, 教授 (90339747)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 形状記憶合金 / 高速相変態 / 触覚計測 / 触覚提示 / 触覚センシング / ソフトアクチュエータ / 触覚通信 / ソフトロボット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
形状記憶合金(SMA)の相変態は熱の移動によって引き起こされるため、これまでは高速動作が要求されるようなアクチュエーションとその制御には不向きであると考えられていた。本申請研究は、SMAの微細ワイヤにパルス電流を流すことで、その周波数に同期して1 kHzを超える周波数までの振動が発生することを見出し、これを精密に制御する手法の確立を目指した。また、SMAワイヤの高速伸縮動作と時間応答を精密に測定して、物性的特性を解明することを目的とした。更に、SMAの変態動作のダイナミクスならびに変態量を正確に制御することで、新しいソフトアクチュエータ、フレキシブルセンサへの応用展開を図る。
研究最終年度は、SMAワイヤの変位量の精密計測とFEM解析に基づき、相変態のダイナミクスを表す数学モデルを構築した。引張り応力、制御パルス電流、試料温度および変位量の計測値をもとに、微小振動の物理モデルの有限要素法による変態解析と比較を行った結果、相変態の特性が幾つかの特徴的なクラスタに分類できることが解った。そこで2次元の位相構造を記述できる中間層を持つニューラルネットワークを適用し、機械学習に基づく数学モデルを構築した。
更にSMAワイヤを用いたソフトセンサとアクチュエータを提案し、触覚デバイスとソフトロボットへの応用展開を進めた。3×3個のマトリクス状にSMAを並べた触覚センサおよび、皮膚の2点弁別域である2mm間隔で48個のSMAを高密度配置した触覚ディスプレイを構築し、センシングした触覚感覚を遠隔地へ伝送して人の皮膚へ提示する触覚通信システムを構築した。また、SMAワイヤを柔軟なアクチュエータとして応用した魚ロボットおよびイモムシロボットを開発した。SMAアクチュエータの制御には機械学習を導入し、環境に適応しながら様々な移動動作を自律的に獲得できることを示した。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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