A study on the design of bio-inspired invertebrate robot based on functional fluids

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K19890
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 柯 強 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任研究員 (70821122)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ソフトロボティクス / バイオインスパイアード

Outline of Annual Research Achievements

近年，ソフトロボティクスは新しい研究分野として注目され，柔らかい身体を持つ生物を模倣したロボットへの期待が高まっている．既存の脊椎動物を模倣するロボットの設計手法は，剛性体幹に柔らか要素を入れることでしなやかな動きを実現する場合が多い．しかし，無脊椎軟体生物には筋肉構造や運動機能についてまた解明されていないものが多く，脊椎動物ロボットと同様の設計手法でロボットを設計できない．本研究には，無脊椎軟体生物の柔らか身体を着目し，連続粘弾性身体を持つロボットの動きを着目する．2021年度はロボットの身体に使用する機能性材料に関した研究を行った．具体的に下記の通りである．
1．水ベース磁性流体の試作：アルギン酸を界面活性剤として使用し，媒体中の四酸化三鉄の分散性、及び各成分の含有量について考察を行った．またその知見を用いてプロトタイプを作成した．
2．水ベース磁性流体のゲル化：生物の身体の形状を保持するためには流体の表面に膜を付ける必要がある．本年度にはアルギン酸を利用して磁性流体の粘度調整を行った．またカルシウム溶液と反応することで流体の固化実験を行った．
3．流体の形状の保持：流体状のアルギン酸磁性流体とカルシウム溶液を反応させる際に流体の形状を保持する必要がある．そのために流体を一時的に固化させる．本年度ではFreeze Reverse Spherification手法を利用し，磁性流体をゲル化させる時，ある程度の形状を保持できることを試行した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

初年度には，無脊椎軟体生物を模倣したロボットの胴体を作るために機能性がある粘弾性素材の開発を行って，制御に関する性能の評価を予定していた．しかし，素材の納期及び溶液の粘度の調整について困難な点があり，性能の評価に至っていない．

Strategy for Future Research Activity

次年度には，初年度に行っていなかった制御に関する評価実験を実行する予定である．
また，機能性がある粘弾性素材を正しくコントロールするため，有限要素解析ソフトを用いて磁場に関するシミュレーションを行う予定である．

Causes of Carryover

次年度には，制作した水性磁性流体の制御に関する評価実験を行うため，設備を購入する予定です．また，制作した流体を正しくコントロールするため，解析ソフトを用いて磁場に関する分析を行う予定であり，ソフトのライセンスを購入する予定がある．