| Project/Area Number |
24K00849
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
福田 敏男 名古屋大学, 未来社会創造機構, 客員教授 (70156785)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 大 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20713374)
金 恩恵 名古屋大学, 未来社会創造機構, 研究員 (30972517)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2026: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | 筋組織 / アクチュエータ / 筋収縮制御 / マイクロロボット / 電場刺激 / 電気刺激 |
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| Outline of Research at the Start |
研究代表者らはこれまでに、筋組織や血管様構造の3次元組み立て技術を研究することにより、生体外で肝臓や筋肉の機能を有する3次元細胞組織の構築を行っている。しかし、現状の筋組織アクチュエータには、①出力が非常に小さく生体の筋肉と比べ単位断面積当たりの出力は10 %程度である、②筋組織の細胞密度も生体と比較し低い、③拮抗筋による可変剛性関節機能などの生体システムとは大きな乖離がある、などの課題がある。そこで、複数の筋組織アクチュエータを同時に制御し、拮抗筋による可変剛性関節を実現すると共に、生体に近づけたin vitro Hyper Muscle Actuator (iHMA)の創製を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、申請者らが有する細胞組織構築、微細加工、及び制御技術を用いて、複数の筋組織アクチュエータを同時に制御し、拮抗筋による可変剛性関節を実現すると共に、生体に近づけたin vitro Hyper Muscle Actuator (iHMA)の創製を目指している。さらに、本研究を基に生体組織を用いた「生理制御工学」を生み出すことで義手・義足やマイクロロボットの生体と同期した制御の実現へ基盤を世界に先駆けて創出することを目的としている。
本年度は、2つの筋組織アクチュエータを直列接続した2自由度アーム、並列接続した1自由度剛性可変アームのそれぞれについて設計を行い、3Dプリンタを用いた試作及び筋組織アクチュエータの接続確認を実施した。また、筋組織アクチュエータを電場印加によって駆動し、アーム先端を駆動可能であることを確認した。さらに、駆動量制御のためのビジュアルフィードバックシステムの構築を行い、筋組織アクチュエータの両端に設置した人工腱構造を画像処理技術によって検出し、リアルタイムで駆動量を計測可能とした。
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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
研究成果の概要に記載の通り、2自由度及び1自由度剛性可変アームの設計・製作を行い、本研究が目指す可変剛性関節の実現に向けた基盤が構築できている。また、リアルタイムでの筋組織アクチュエータ駆動量計測についても目処が立っており、本研究の目的を達成するための基盤技術を着実に構築できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に構築した基盤技術である2自由度及び1自由度アームを用いてアーム先端の位置制御に取り組むとともに、筋組織アクチュエータ単体での駆動制御を実現し、アクチュエータとしての特性を明らかにしていく。また、筋組織アクチュエータの出力増強のため、細胞密度の増加や3次元培養に用いる材料の最適化などについても実施を行う予定である。
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