2014 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロロボットの高速駆動によって実現される非接触マニピュレーション技術の創出
| Project/Area Number |
26709014
|
|---|
| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
川原 知洋 九州工業大学, 若手研究者フロンティア研究アカデミー, 准教授 (20575162)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | マイクロロボット / 流体制御 / マイクロ流体チップ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，マイクロ流体チップ内のマイクロロボットを高速駆動して所望の流体場を生成することで，細胞や微生物等の対象物を非接触操作する全く新しいマニピュレーション技術を創出することを目的としている．本年度は以下の研究を行った．
・計測制御プラットホームの構築：マイクロ流体チップ内に配置したマイクロロボット及び微粒子の動作を最大4000フレーム/秒かつ1024×1024ピクセルで計測できるようにするとともに，ロボットの動作で引き起こされる流体の流れの変化を粒子画像流速測定法 (PIV: Particle Image Velocimetry)によって評価できる実験プラットホームを構築した．
・マイクロロボットの動作パラメータ最適化：電動ステージ制御によりオンチップマイクロロボットを動作させて流体場を形成するためのロボットの駆動振幅や周波数について検討を行い，流体場を形成させることのできる帯域幅について評価を行った．
・数値シミュレーション：数値流体力学(CFD)シミュレーションを行うことのできる環境を立ち上げ，実際のマイクロ場の粒子の振る舞いがコンピュータ内で確からしく再現できることを確認した．
・微生物への応用：マイクロロボットで対象物に高速力学アクセスする場合の影響を実際の遊泳微生物を用いて観察し，流体の動作の影響について調査することで，実際の微生物に応用する際の課題を確認した．
|
| 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，マイクロ流体チップ中に封入したマイクロロボットを高速駆動することによって，任意の流体場を形成・制御しようという点が特色である．本年度は，ロボットによって流体場を形成しその流体場の状態を計測するプラットホームを構築し，流体場を形成するためのロボット動作を定量的に評価できるようになった．また，数値シミュレーションによって広範囲の動作パラメータを探索できる準備を整えることができた．
|
| Strategy for Future Research Activity |
ロボット駆動性能の向上：形成できる流体場のレンジをさらに拡大するために，ロボットの駆動性能をさらに向上させる．ロボットの底面に加工する微細形状を検討するとともに，小型化も同時に行うことで駆動性能を100 Hz以上に向上させることを試みる．ロボット底面の溝加工については，フォトリソグラフィにナノ加工機による金型作製とナノインプリント装置を組み合わせて微細な3次元加工を行う．
非接触マニピュレーションの実現：マイクロロボットを用いて対象物の位置と姿勢を非接触操作する方法を検討する．まず，所望の流体場を形成するためにシステムの各要素を個別に検討する，①チップ内のロボットを磁気で駆動させるステージの動作（ステージ－ロボット系），②実際のロボットの動作（ロボット－流体系），③操作される対象物（流体－対象物系）．それぞれの相互作用を踏まえ，所望の対象物操作を行うためのロボットの駆動パラメータについて，各系での特性を逆問題的に解析することで軌道設計を行う．その際，想定される問題としては，対象物とロボットの位置関係のずれによって流れが変化し，予想通りの結果が得られない可能性がある．その場合は，対象物の動作をカメラで計測し，リアルタイムに誤差量をロボットの制御器にフィードバックして動作を修正する方法を併用することで対応する．また，微生物や細胞を操作への応用についても引き続き検討を行う．
|
