2022 Fiscal Year Annual Research Report
Challenge of Steering Control of Biomedical Microrobot Having Self-Propulsion Mechanism
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21K18696
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
新井 史人 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90221051)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | マイクロ・ナノデバイス / マイクロマシン / 燃料電池 / 機械力学・制御 / バイオ関連機器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，生体液に存在するグルコースおよび酸素を燃料とするバイオ燃料電池と，その電位差に伴い発生する電気浸透流反力による自己推進機構に着目し，複数の自己推進機構と磁性ロッドからなるマイクロ泳動ロボットを提案する．理論推進速度・位置制御特性に基づく設計論を構築し，プロトタイプを用いた実験により，その自己推進速度，外部磁場による操舵制御を実証・評価し，生体医用マイクロロボット位置制御システムを実現する事に挑戦する．当初，計画していた課題項目は下記(1)～(3)である．
(1) マイクロロボットの設計・作製 (2) 磁場操舵制御システムの設計・構築 (3) 模擬生態環境下での高速位置制御評価
2022年度は主に上記課題項目(2)(3)を実施した．(2)では任意方向に均一磁場を生成するヘルムホルツコイルと，10 ms以内のリアルタイム性を維持しながら周期的に方向が変化する外部磁場を生成する磁場操舵制御システムを構築した．(1)で製造方法を確立したプロトタイプを外部磁場により水中で回転させ，顕微鏡観察・動画取得を行うことができている．更に動画からプロトタイプの軌道と，その推進速度を同定することができている．(3)では生体に近い濃度のグルコース溶液中で，回転外部磁場によるプロトタイプの円運動を評価した．軌道半径を伴う円運動と100 μm/s以上の高速自己推進速度を確認し，当初コンセプトの高速自己推進と操舵を両立したマイクロロボットを実証することができた．プロトタイプの歩留改善，位置制御の実証，動物の血液を用いた評価は今後の課題である．
本年度の成果公開については， 本成果に関連して1件の国内学会発表と1件の国際学会発表を行った．また，上記製造方法及び自己発電・自己推進原理の派生技術であるフィルム状マイクロポンプアレイについての英語論文を国際ジャーナル誌へ投稿し，出版を完了した．
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