2021 Fiscal Year Annual Research Report
Soft robot control based on electrohydrodynamic mechatronics
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21J23563
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
桑島 悠 芝浦工業大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 電気流体力学 / 電界駆動型デバイス / 絶縁性液体 / ソフトロボット / セルフセンシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気化学デュアルトランスデューサ(ECDT)を用いてセルフセンシングソフトロボットの駆動に成功しました。ソフトロボットにセンサを搭載することで、ロボットの多機能化が進みますが、配線が複雑になり、肥大化する新たな問題に直面すると考えられる。ECDTによるセルフセンシングアクチュエーション技術は、この問題を解決し、ソフトロボットの小型化を可能にします。本研究で提案した電気化学反応に基づいて動作する電気化学デュアルトランスデューサ（ECDT）は、ポンピングとセンシングが可能な自己感知型アクチュエーションのための新しい流体機械である。ポンピングの動作メカニズムは、高電界中における絶縁性液体の流動を誘起する電気流体力学（EHD）を採用している。我々はこれまでに小型・軽量・静粛などの利点があるEHDポンプの開発を行ってきた。本研究では、作動流体の流れを感知するEHDポンプの可能性を探り、新たにECDTを提案した。EHDポンプに外部から液体を注入した際のEHDポンプの電流変化を観測した。一定の流量の範囲内では1/3乗に比例した電流が流れ、一定の領域を超えると電流が一定の値に収束した。我々はその電流応答から拡散電流によるものであることを結論づけた。本研究ではそのメカニズム，数学モデル，検出可能な流量範囲，感度係数，緩和時間，応答速度などを明らかにした。さらに、ECDTを用いて吸盤を駆動して物体を検知し、掴んで離すという動作に使用し、その性能の検証を行った。
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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
本研究では”EHDポンプによる電気と流体の変換”および、”流体回路を組み合わせた電気流体回路”を目指している。
2021年度では主にEHDポンプによる電気と流体の変換に着手した。この研究では、外部から注入した流速によって、電流変化を観測し、そのメカニズムを明らかにした。一定の範囲までは外部から流入する流速の1/3乗に比例して電流が流れ、一定の範囲を超えると電流値は一定の値を示した。一定の範囲内において、移流拡散方程式から求まる流速と電流の関係と同様な結果が得られた。このメカニズムをセンサとして利用するために、検知範囲、応答性、感度などの評価を行った。EHD現象と併用して用いることでセルフセンシング駆動する吸盤への活用を提案した。これにより、自律的に対象物体を検知し、把持することが可能になった。
また、”流体回路を組み合わせた電気流体回路”の実現に向けて、電気回路のプロトタイプを設計し、EHDポンプとのシームレスな接続を可能にした。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで、EHD(ElectroHydroDynamics)ポンプの出力や機能の拡張を目指した研究を行ってきたが、EHDポンプの脆弱さにより、システムの拡張が困難となっている。EHDポンプは高電界駆動デバイスであるために、絶縁破壊により、故障し、その機能を保つことができない。EHDポンプの活躍が期待される非整備環境や人との相互関係のある環境においては、予期せぬ入力が想定されるため絶縁破壊を未然に防ぐのが困難であると想定している。そこで、今年度は自己治癒EHDポンプを開発し、絶縁破壊を許容し、自律的、持続的な機能の発揮を目指す。本研究では自己治癒化実現に向けて、特殊な素材や特殊な製作装置を用いることなくこの課題にアプローチする。本研究は、今後のEHDポンプ駆動システムの信頼性、耐久性を飛躍的に高め、新たな設計指針を示すと期待している。今年度は、その故障原因について明らかにするとともに、ＥＨＤポンプの自己治癒化のための新たな設計方法、設計パラメータ、回復性能の調査を行う。
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Research Products
(8 results)
