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イオン交換膜が実現するソフトロボットのモーションコントロール

Planned Research

Project AreaScience of Soft Robot: interdisciplinary integration of mechatronics, material science, and bio-computing
Project/Area Number 18H05470
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

鈴森 康一  東京工業大学, 工学院, 教授 (00333451)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 難波江 裕之  東京工業大学, 工学院, 助教 (90757171)
堀内 哲也  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (60738061)
宮川 祥子  慶應義塾大学, 看護医療学部(藤沢), 准教授 (00338203)
安積 欣志  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (10184136)
Project Period (FY) 2018-06-29 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥127,660,000 (Direct Cost: ¥98,200,000、Indirect Cost: ¥29,460,000)
Fiscal Year 2022: ¥26,910,000 (Direct Cost: ¥20,700,000、Indirect Cost: ¥6,210,000)
Fiscal Year 2021: ¥26,910,000 (Direct Cost: ¥20,700,000、Indirect Cost: ¥6,210,000)
Fiscal Year 2020: ¥26,650,000 (Direct Cost: ¥20,500,000、Indirect Cost: ¥6,150,000)
Fiscal Year 2019: ¥24,050,000 (Direct Cost: ¥18,500,000、Indirect Cost: ¥5,550,000)
Fiscal Year 2018: ¥23,140,000 (Direct Cost: ¥17,800,000、Indirect Cost: ¥5,340,000)
Keywordsソフトロボット / 人工筋肉 / アクチュエータ / イオン高分子アクチュエータ / イオン交換膜
Outline of Annual Research Achievements

令和元年度は,イオン高分子アクチュエータに関しては,紙や布をベースとした3次元IPMCの製作方法の提案及び試作を行った.また,ECラバーアクチュエータに関しては,昨年度試作した柔軟かつ電気駆動可能な細径マッキベン型人工筋の改良を行った.
紙や布をベースとした3次元IPMCの実現においては,紙や布といった材料を構造を維持するための母材として使用し,それらにイオン交換樹脂の分散液を浸透させることで,液体だけでは難しかった複雑な3次元構造の実現を目指した.基礎実験として単純な短冊型のサンプルを複数の母材を用いて製作し,その基礎特性の測定を行った.さらには,基礎特性の測定から得られた知見を元に,鶴形及び飛行機型のIPMCを試作し,その駆動に成功した.また,複雑形状のIPMCの駆動に必要な要素となる電極パターニングについても,機械的な接触により,還元を阻害する手法を提案し,実証試験に成功している.
ECラバーアクチュエータに関して,昨年度は,還流による白金メッキ等により柔軟かつ電気駆動可能な細径マッキベン型人工筋の試作及び駆動に成功していたが,駆動性能に問題があった.解析の結果,イオン交換樹脂チューブの電極のダメージと配線の材質が問題であることが分かった.配線材質を変更するとともに,樹脂チューブのメッキに関しては金と白金の二層電極にすることにより,白金の触媒作用と金の延性によるひび割れの防止の2つの性質を同時に発揮することを狙った.本手法による試作機では昨年度の試作機を超える気体の発生・吸収性能を確認するとともに,人工筋の試作機においても性能の向上が確認できた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

イオン高分子アクチュエータに関しては,紙や布をベースとした3次元IPMCの製作方法という画期的な手法の提案と試作機の作成,さらには駆動実験に成功している.また,電極に関しても簡易にパターニング可能な手法を提案し,実証試験に成功している.
ECラバーアクチュエータに関しても,金と白金の二層電極の実現により, 柔軟かつ電気駆動可能な細径マッキベン型人工筋の改良に成功している.
材料シミュレーションに関しては,成果が得られていないものの上記のような画期的な成果が得られており,全体として順調に進んでいる

Strategy for Future Research Activity

イオン高分子アクチュエータに関して,材料の面からは,引き続き特性の評価や電気化学プロセスとカップリングした材料シミュレーションを進めるとともに,材料特性の向上を目指す.アクチュエータの面からは,本年度提案した電極パターニング手法を元に最適な電極配置の検討を行う.また,紙や布を母材とする作製手法に関して応用を模索する.
ECラバーアクチュエータに関しては,引き続き材料及びアクチュエータ構造の両面から性能改善に努めていく.

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(23 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 6 results) Remarks (4 results)

  • [Journal Article] Electrically-Driven Soft Fluidic Actuators Combining Stretchable Pumps With Thin McKibben Muscles2020

    • Author(s)
      Vito Cacucciolo, Hiroyuki Nabae, Koichi Suzumori, Herbert Shea
    • Journal Title

      Frontiers in Robotics and AI

      Volume: 6 Pages: 146-146

    • DOI

      10.3389/frobt.2019.00146

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 245mm-length IPMC catheter with an ellipse-like cross-section2019

    • Author(s)
      T. Horiuchi, K. Asaka
    • Journal Title

      Smart Materials and Structures

      Volume: 29-9 Pages: 85022-85022

    • DOI

      10.1088/1361-665x/ab2a28

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] IPMC Monolithic Thin Film Robots Fabricated Using a Multi-Layer Casting Process2019

    • Author(s)
      Akio Kodaira, Kinji Asaka, Tetsuya Horiuchi, Gen Endo, Hiroyuki Nabae, Koichi Suzumori
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: Vol.4, No.2 Pages: 1335-1342

    • DOI

      10.1109/lra.2019.2895398

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] IPMC Monolithic Thin Film Robots Fabricated through a Multi-Layer Casting Process2019

    • Author(s)
      Akio Kodaira, Kinji Asaka, Tetsuya Horiuchi, Gen Endo, Hiroyuki Nabae, Koichi Suzumori
    • Organizer
      the 2019 International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Soft Polymer-Electrolyte-Fuel-Cell Tube Realizing Air-Hose-Free Thin McKibben Muscles2019

    • Author(s)
      Hiroyuki Nabae, Akio Kodaira, Tetsuya Horiuchi, Kinji Asaka, Gen Endo, Koichi Suzumori
    • Organizer
      2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Frequency Response of Honeycomb Structured IPMC Actuator Fabricated through 3D Printing with Dispersion Liquid2019

    • Author(s)
      Hiroyuki Nabae, Asuka Ishiki, Tetsuya Horiuchi, Kinji Asaka, Gen Endo, Koichi Suzumori
    • Organizer
      30th International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 柔軟PEFCチューブを用いた気液変換細径マッキベン型人工筋肉2019

    • Author(s)
      小平暁雄,安積欣志,堀内哲也,難波江裕之,遠藤玄,鈴森康一
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 積層キャスト法を用いた水中移動IPMC薄膜ソフトロボット2019

    • Author(s)
      小平暁雄,安積欣志,堀内哲也,難波江裕之,遠藤玄,鈴森康一
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] イオン交換樹脂分散液の3DプリンティングによるIPMCソフトマイクロロボットの成形 2019

    • Author(s)
      石木明日翔,鈴森康一,難波江裕之,遠藤玄,安積欣志, 堀内哲也
    • Organizer
      第37回日本ロボット学会学術講演会論文集
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 解剖学知見に基づくキリン首模擬機構の試作2019

    • Author(s)
      新倉敦彦, 難波江裕之, 遠藤玄, 郡司芽久, 森健人, 新山龍馬, 鈴森康一.
    • Organizer
      第37回日本ロボット学会学術講演会論文集
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Toward practical application of soft robots2019

    • Author(s)
      Koichi Suzumori
    • Organizer
      2019 IEEE International Conference on Soft Robotics (Robosoft 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] MEXT KAKENHI Project on Soft Robots in Japan2019

    • Author(s)
      Koichi Suzumori
    • Organizer
      2019 IEEE International Conference on Soft Robotics (Robosoft 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Soft Robotics as E-kagen Science2019

    • Author(s)
      Koichi Suzumori
    • Organizer
      Robotics: Science and Systems (RSS 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Soft Robotics as E-kagen Science2019

    • Author(s)
      Koichi Suzumori
    • Organizer
      The IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ソフトロボットによる人間支援2019

    • Author(s)
      鈴森康一
    • Organizer
      北九州学園研究都市フォーラム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ソフトロボット学2019

    • Author(s)
      鈴森康一
    • Organizer
      日本機械学会2019年次大会基調講演
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] IPMC立体成膜法によるアノマロカリス型ロボットの試作2018

    • Author(s)
      小平暁雄, 安積欣志, 堀内哲也, 遠藤玄, 難波江裕之, 鈴森康一
    • Organizer
      第36回日本ロボット学会学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 3次元任意形状IPMCアクチュエータの成膜の試み2018

    • Author(s)
      小平暁雄, 安積欣志, 堀内哲也, 難波江裕之, 遠藤玄, 鈴森康一
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 立体形状IPMC成膜プロセスによる蝶型ロボットの試作2018

    • Author(s)
      小平暁雄, 安積欣志, 堀内哲也, 難波江裕之, 遠藤玄, 鈴森康一
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] A02-2:イオン交換膜が実現するソフトロボットのモーションコントロール

    • URL

      http://softrobot.jp/research-groups/a02-2/

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      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 東京工業大学 鈴森・遠藤研究室

    • URL

      http://www.robotics.mech.e.titech.ac.jp/home.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 東京工業大学 鈴森・遠藤研究室

    • URL

      http://www.robotics.mech.e.titech.ac.jp/research/pamsoftrobo.html

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] ソフトロボット学ホームページ

    • URL

      http://softrobot.jp/research-groups/a02-2/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-07-20   Modified: 2022-07-01  

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