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

• Project Area: Science 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 Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tokyo 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: ¥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

本年度は，これまで開発してきた手法を基に，イオン高分子アクチュエータ(IPMC)，ならびに，ECラバーアクチュエータの性能改良を進めた．また，これに合わせて，新しいソフトアクチュエータへの挑戦，ならびに，ソフトロボットへの応用展開研究を進めた．
新しい動作原理のソフトアクチュエータへの挑戦に関しては，ゴム製の膜からなる空圧アクチュエータにおいて，ゴム膜上に誘電アクチュエータ(DEA;Dielectric elastomer actuator)を形成し，DEAへの電圧印加によって空圧によるゴム膜の膨張を利用した原理のアクチュエータを考案し，試作した．空圧により大きな力と変位が発生するアクチュエータを電気信号で駆動できるので，従来の空圧アクチュエータに比べて応答性が速いうえ，制御バルブが不要である．また，いったん空圧を充填すれば，空圧ホースを切り離すことができる，大きな特徴を有する．
ソフトロボットへの応用展開研究については，ＩＰＭＣアクチュエータを用いて亀形の大型ロボットを試作した．また，人工筋肉を用いて，キリン首型筋骨格ロボット，ソフトテンセグリティロボットを設計試作し，人工筋肉の有用性を具体的に示すことに成功した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

コロナ感染症拡大の影響により，所属する研究機関の出勤制限がかかり研究が約５ケ月遅延した．

Strategy for Future Research Activity

今後これまでのソフトアクチュエータ技術のソフトロボットへの応用展開に注力する．

Research Products

• [Journal Article] Analysis of the multi-balloon dielectric elastomer actuator for traveling wave motion (2022)
  • Author(s): Jang Yujin、Nabae Hiroyuki、Endo Gen、Suzumori Koichi
  • Journal Title: Sensors and Actuators A: Physical Volume: 333 Pages: 113243-113243
  • DOI: 10.1016/j.sna.2021.113243
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shape Recognition of a Tensegrity With Soft Sensor Threads and Artificial Muscles Using a Recurrent Neural Network (2021)
  • Author(s): Li Wen-Yung、Takata Atsushi、Nabae Hiroyuki、Endo Gen、Suzumori Koichi
  • Journal Title: IEEE Robotics and Automation Letters Volume: 6 Issue: 4 Pages: 6228-6234
  • DOI: 10.1109/lra.2021.3091384
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PF-IPMC: Paper/Fabric Assisted IPMC Actuators for 3D Crafts (2020)
  • Author(s): Ishiki Asuka、Nabae Hiroyuki、Kodaira Akio、Suzumori Koichi
  • Journal Title: IEEE Robotics and Automation Letters Volume: 5 Issue: 3 Pages: 4035-4041
  • DOI: 10.1109/lra.2020.2985571
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrically-Driven Soft Fluidic Actuators Combining Stretchable Pumps With Thin McKibben Muscles (2020)
  • Author(s): Cacucciolo Vito、Nabae Hiroyuki、Suzumori Koichi、Shea Herbert
  • Journal Title: Frontiers in Robotics and AI Volume: 6
  • DOI: 10.3389/frobt.2019.00146
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 245mm-length IPMC catheter with an ellipse-like cross-section (2019)
  • Author(s): T. Horiuchi, K. Asaka
  • Journal Title: Smart Materials and Structures Volume: 29-9 Issue: 8 Pages: 85022-85022
  • DOI: 10.1088/1361-665x/ab2a28
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] IPMC Monolithic Thin Film Robots Fabricated Using a Multi-Layer Casting Process (2019)
  • 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 Issue: 2 Pages: 1335-1342
  • DOI: 10.1109/lra.2019.2895398
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Shape Recognition of a Tensegrity With Soft Sensor Threads and Artificial Muscles Using a Recurrent Neural Network (2021)
  • Author(s): Wen-Yung Li, Atsushi Takata, Hiroyuki Nabae, Gen Endo, Koichi Suzumori
  • Organizer: IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Au/Pt Double-Layer Electrodes and Expanding Internal Chamber for Improving Air-Hose-Free Thin McKibben Muscles (2021)
  • Author(s): Akio Kodaira, Hiroyuki Nabae, Tetsuya Horiuchi, Kinji Asaka, Gen Endo, Koichi Suzumori
  • Organizer: 4th IEEE International Conference on Soft Robotics (RoboSoft2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 固体高分子膜による水の可逆化学反応を利用したホースレス空圧移動ソフトロボットの試作 (2021)
  • Author(s): 黄 振善, 難波江裕之, 遠藤玄, 鈴森康一
  • Organizer: 第39回 日本ロボット学会学術講演会
• [Presentation] キリン首型筋骨格ロボットの項靭帯と弾性関節の改良 (2021)
  • 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: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会
• [Presentation] カードモデルに着想を得たイオン交換樹脂シートからの3 次元形状IPMC ロボットの構築 (2021)
  • Author(s): 久保景太, 難波江裕之, 堀内哲也, 安積欣志, 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
• [Presentation] 誘電エラストマー製バルーンアクチュエータによる搬送実験 (2021)
  • Author(s): 張裕真, 難波江裕之, 遠藤弦, 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
• [Presentation] Thin McKibben Muscle Actuated 3-bar Tensegrity Prism and Deformation Sensing with Soft Sensor (2021)
  • Author(s): Wen-Yung Li, Atsushi Takata, Hiroyuki Nabae, Gen Endo, Koichi Suzumori
  • Organizer: The 65th Annual Conference of the Institute of Systems, Control and Information Engineers (SCI’21)
• [Presentation] Simultaneous 3D Forming and Patterning Method of Realizing Soft IPMC Robots (2020)
  • Author(s): Keita Kubo, Hiroyuki Nabae, Tetsuya Horiuchi, Kinji Asaka, Gen Endo, Koichi Suzumori
  • Organizer: IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PF-IPMC: Paper/Fabric Assisted IPMC Actuators for 3D Crafts (2020)
  • Author(s): Asuka Ishiki, Hiroyuki Nabae, Akio Kodaira, Koichi Suzumori
  • Organizer: IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Applying IPMC to soft robots (2020)
  • Author(s): Koichi Suzumori, Hiroyuki Nabae, Kinji Asaka, Tetsuya Horiuchi
  • Organizer: SPIE Smart Structures + Nondestructive Evaluation
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 接触マスク法を用いたIPMCの選択的電極成形によるヒトデ型ソフトロボットの開発 (2020)
  • Author(s): 久保景太, 難波江裕之, 堀内哲也, 安積欣志, 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2020
• [Presentation] Development and performance evaluation of artificial muscle actuated tensegrity hand (2020)
  • Author(s): Wen-Yung Li, Gen Endo, Hiroyuki Nabae, Koichi Suzumori
  • Organizer: JSME Conference on Robotics and Mechatronics
• [Presentation] 紙/布を用いた立体形状IPMCロボットの提案 (2020)
  • Author(s): 石木 明日翔, 難波江 裕之, 小平 暁雄, 遠藤 玄, 安積 欣志, 堀内 哲也, 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2020
• [Presentation] Au/Pt多層電極柔軟PEFCチューブの開発による電気駆動細径マッキベン人工筋の高応答化 (2020)
  • Author(s): 小平暁雄, 堀内 哲也, 難波江裕之, 安積 欣志, 遠藤玄, 鈴森康一
  • Organizer: ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
• [Presentation] IPMC Monolithic Thin Film Robots Fabricated through a Multi-Layer Casting Process (2019)
  • 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)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Soft Polymer-Electrolyte-Fuel-Cell Tube Realizing Air-Hose-Free Thin McKibben Muscles (2019)
  • 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
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Frequency Response of Honeycomb Structured IPMC Actuator Fabricated through 3D Printing with Dispersion Liquid (2019)
  • 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)
  • 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
• [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
• [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
• [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
• [Presentation] Toward practical application of soft robots (2019)
  • Author(s): Koichi Suzumori
  • Organizer: 2019 IEEE International Conference on Soft Robotics (Robosoft 2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] MEXT KAKENHI Project on Soft Robots in Japan (2019)
  • Author(s): Koichi Suzumori
  • Organizer: 2019 IEEE International Conference on Soft Robotics (Robosoft 2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Soft Robotics as E-kagen Science (2019)
  • Author(s): Koichi Suzumori
  • Organizer: Robotics: Science and Systems (RSS 2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Soft Robotics as E-kagen Science (2019)
  • Author(s): Koichi Suzumori
  • Organizer: The IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM 2019)
  • 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
  • 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
  • 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
• [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
• [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
• [Remarks] ニューアクチュエータ(東工大 鈴森研究室）
  • URL: http://www.robotics.mech.e.titech.ac.jp/suzumori/research/newactuator.html
• [Remarks] 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: https://softrobot.jp/research-groups/a02-2/
• [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/
• [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
• [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
• [Remarks] ソフトロボット学ホームページ
  • URL: http://softrobot.jp/research-groups/a02-2/