2012 Fiscal Year Annual Research Report
機能性流体の鎖状クラスタ切断抵抗を利用した力学的脳組織模擬手法の確立
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24686029
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
辻田 哲平 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (40554473)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 機械力学・制御 / 知能機械 / バーチャルリアリティ / 機能性流体 |
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| Research Abstract |
機能性流体であるMR(Magneto-Rheological)流体を用いて,術具に任意の抵抗力を提示するための基礎実験と制御手法の検討を行った.術具に目標値に基づいて抵抗力を提示できるようにし,生体組織変形計算ソフトウエアで得られる仮想臓器からの反力を目標抵抗力として与えることで,手術シミュレータを構築することが可能となる.
定量的に抵抗力を測定するために,一様磁場を印加可能な力覚提示装置にて発生させたMR流体の鎖状クラスタをリニアアクチュエータに取り付けたナイフで等速切断し,ナイフにかかる抵抗力を力センサで測定した.コイルへの印加電流を変化させ,電流と抵抗力の関係式を実験的に明らかにすることができた.この関係式をもとに,目標抵抗力を設定して開ループ制御で反力提示実験を行ったところ,MR流体の自由表面における性状の影響等により十分な精度で抵抗力を提示することができなかった.そこで,MR流体を入れた容器に力センサを取り付け,力センサの情報を元にフィードバック制御をすることで,精度良く抵抗力が提示できるようになった.
また,ナイフの側面に発生する力と刃線に発生する力を分離して測定して,反力全体に対する刃線で発生する力の影響を観察した.矩形状の板によりMR流体を切断し,異なる側面積の板での反力の差違を観察することで,刃線に発生する力を明らかにした.これにより,反力全体に対して刃線部で発生する力の占める割合は,おおむね半分程度あり,この影響を無視することはできないことが明らかになった.この様なMR流体の使用方法に関する研究は少なく,本結果は刃線における鎖状クラスタの切断メカニズムの解明への端緒となる.また,板厚や切断速度の抵抗力への影響も観察し,趨勢をつかむことができた.今後,本結果をもとに,様々な術具形状に対応可能な反力提示制御手法を検討する.
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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
MR流体の鎖状クラスタをナイフで切断する実験により,切断時に発生する抵抗力のうち,刃線に沿って発生する力の影響を明らかにすることができた.また,MR流体をいれた容器に設けた力センサの情報と前述の関係をもとに,フィードバック制御を行い,目標に応じた反力を提示可能となった.切断時に発生する力の測定とその結果を用いた制御を検討しており,おおむね順調に進展している.
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| Strategy for Future Research Activity |
今後,力覚提示装置の設計を効率よく行うために,磁場設計の専門家である米国カーネギーメロン大学のRalph Hollis教授と議論を重ね,研究代表者が同大学に滞在して研究を遂行する.
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は,今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり,平成25年度請求額と合わせて,平成25年度の研究遂行に使用する予定である.
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