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内視鏡に実装するための誘電エラストマーアクチュエータによる生体内音源デバイス

研究課題

研究課題/領域番号 17K18858
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
研究分野 機械力学、ロボティクスおよびその関連分野
研究機関芝浦工業大学

研究代表者

細矢 直基  芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40344957)

研究分担者 前田 真吾  芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (40424808)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
キーワード誘電エラストマーアクチュエータ / スピーカ / 3次元構造体 / 高速応答性 / 音響放射特性 / 点音源 / 指向性 / 振動制御 / 無指向性 / 風船 / 3次元変形 / 誘電エラストマーアクチュエーター / 振動特性 / 球面 / 自由曲面 / カーボンナノチューブ / 複屈折
研究成果の概要

膜状の誘電エラストマーアクチュエータを空気圧によって,その形状を円板状から球殻状に表面積比で3033%膨張させ,これを風船が膨らんだり縮んだりするように拍動させることで,風船DEAスピーカを実現する.本手法では非常に大きな予ひずみを作用させることで,DEAの膜厚が薄くなるため,800 Vの低電圧での駆動や16 kHzの高周波数における応答性も実現できる.また,本スピーカの音響放射パターンは,270度の範囲をカバーする.また,負圧によりDEAを凹面にすることで,指向性音源を実現する.DEAでスピーカを作ることで,音響放射特性を無指向性から指向性まで制御する.

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来,複数のダイナミックスピーカを組み合わせ,正多面体スピーカとすることで点音源を実現したり,線上に並べることで線音源を実現したりしてきた.所望の音響放射特性を実現するためには,必ず複数のスピーカを組み合わせる必要があった.本研究成果により,1つのスピーカで音響放射特性を無指向性から指向性まで制御できるようになった.DEAスピーカは軽量かつ小型であるため,様々なデバイスへの搭載を可能にする.このDEAスピーカを内視鏡に実装し,腹部超音波エコー検査のように,生体組織を内部から点または面で加振できれば,生体組織の可視化における時空間分解能が向上し,病変の早期発見に大きく寄与することが期待される.

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 1件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 9件、 招待講演 3件) 産業財産権 (2件)

  • [国際共同研究] University of Edinburgh(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] AGH University of Science and Technology(ポーランド)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] KMUTT(タイ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Universiti Teknologi Malaysia(マレーシア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Spherical projectile impact using compressed air for frequency response function measurements in vibration tests2019

    • 著者名/発表者名
      Hosoya Naoki、Kato Junya、Kajiwara Itsuro
    • 雑誌名

      Mechanical Systems and Signal Processing

      巻: 134 ページ: 106295-106295

    • DOI

      10.1016/j.ymssp.2019.106295

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Frequency response function measurements of rotational degrees of freedom using a non-contact moment excitation based on nanosecond laser ablation2019

    • 著者名/発表者名
      Hosoya Naoki、Ozawa Shota、Kajiwara Itsuro
    • 雑誌名

      Journal of Sound and Vibration

      巻: 456 ページ: 239-253

    • DOI

      10.1016/j.jsv.2019.05.024

    • NAID

      120006707754

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Design of dielectric elastomer actuators for vibration control at high frequencies2019

    • 著者名/発表者名
      Kajiwara Itsuro、Kitabatake Shigeki、Hosoya Naoki、Maeda Shingo
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 157-158 ページ: 849-857

    • DOI

      10.1016/j.ijmecsci.2019.05.019

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Balloon dielectric elastomer actuator speaker2019

    • 著者名/発表者名
      Hosoya Naoki、Masuda Hiroaki、Maeda Shingo
    • 雑誌名

      Applied Acoustics

      巻: 148 ページ: 238-245

    • DOI

      10.1016/j.apacoust.2018.12.032

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Deformable motor driven by dielectric elastomer actuators and flexible mechanisms2019

    • 著者名/発表者名
      Ayato Minaminosono, Hiroki Shigemune ,Yuto Okuno, Tsubasa Katsumata, Naoki Hosoya, and Shingo Maeda
    • 雑誌名

      Frontiers in Robotics and AI

      巻: 6 ページ: 1-12

    • DOI

      10.3389/frobt.2019.00001

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 柔らかく変形可能なモータ2019

    • 著者名/発表者名
      南之園彩斗,重宗宏毅,細矢直基,前田真吾
    • 雑誌名

      計測と制御

      巻: 58(10) ページ: 798-801

    • NAID

      130007732476

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Design of dielectric elastomer actuators for vibration control at high frequencies2019

    • 著者名/発表者名
      Itsuro Kajiwara, Shigeki Kitabatake, Naoki Hosoya, and Shingo Maeda
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evaluation of the clamping force of bolted joints using local mode characteristics of a bolt head2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Hosoya, Takahiko Hosokawa, Itsuro Kajiwara, Shinji Hashimura, and Feblil Huda
    • 雑誌名

      Journal of Nondestructive Evaluation

      巻: 37 号: 4 ページ: 75-75

    • DOI

      10.1007/s10921-018-0528-7

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dielectric elastomer actuators with carbon nanotube electrodes painted with a soft brush2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Shigemune, Shigeki Sugano, Jun Nishitani, Masayuki Yamauchi, Naoki Hosoya, Shuji Hashimoto, and Shingo Maeda
    • 雑誌名

      Actuators

      巻: 7 号: 3 ページ: 51-51

    • DOI

      10.3390/act7030051

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Damage detection in pipes based on acoustic excitations using laser-induced plasma2018

    • 著者名/発表者名
      Itsuro Kajiwara, Ryosuke Akita and Naoki Hosoya
    • 雑誌名

      Mechanical Systems and Signal Processing

      巻: 111 ページ: 570-579

    • DOI

      10.1016/j.ymssp.2018.04.004

    • NAID

      120006486805

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Experimental verification of a real-time tuning method of a model-based controller by perturbations to its poles2018

    • 著者名/発表者名
      Kajiwara Itsuro、Furuya Keiichiro、Ishizuka Shinichi
    • 雑誌名

      Mechanical Systems and Signal Processing

      巻: 107 ページ: 396-408

    • DOI

      10.1016/j.ijmecsci.2018.03.023

    • NAID

      120006463567

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Lamb wave generation using nanosecond laser ablation to detect damage2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Hosoya, Ryosuke Umino, Atsushi Kanda, Itsuro Kajiwara, and Atsushi Yoshinaga
    • 雑誌名

      Journal of Vibration and Control

      巻: 24 ページ: 5842-5853

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic characterizations of underwater structures using noncontact vibration tests based on nanosecond laser ablation in water: evaluation of passive vibration suppression with damping materials2017

    • 著者名/発表者名
      Hosoya Naoki、Kajiwara Itsuro、Umenai Koh、Maeda Shingo
    • 雑誌名

      Journal of Vibration and Control

      巻: - 号: 16 ページ: 3714-3725

    • DOI

      10.1177/1077546317710158

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] An optimazation of clamping methods for soft materials2019

    • 著者名/発表者名
      Nayuta Arai, Naoki Hosoya, Shingo Maeda, Shinji Hashimura, Hiroyuki Murata, Danai, Phaoharuhansa, Atikorn Wongsatanawarid
    • 学会等名
      The 14th South East Asian Technical University Consortium 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Loosening Detection of a Bolted Joint Based on Monitoring Dynamic Characteristics in the Ultrasonic Frequency Region2019

    • 著者名/発表者名
      Takanori Niikura, Naoki Hosoya, Shinji Hashimura, Itsuro Kajiwara, Francesco Giorgio-Serchi
    • 学会等名
      The 18th Asia-Pacific Vibration Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 誘電エラストマーアクチュエータによる加振を用いたりんごの振動特性計測2019

    • 著者名/発表者名
      比留田稔樹,細矢直基,前田真吾,梶原逸朗
    • 学会等名
      第62回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] レーザー音響加振/計測技術を用いたパイプ構造の損傷検知2019

    • 著者名/発表者名
      梶原逸朗, 秋田涼佑, 細矢直基
    • 学会等名
      日本機械学会[No.19-1] 2019年度年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 誘電エラストマーアクチュエータの発生応力分布の可視化2019

    • 著者名/発表者名
      清水翔, 細矢直基, 前田真吾
    • 学会等名
      日本機械学会[No.19-13] Dynamics and Design Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 誘電エラストマーアクチュエータを用いた膜構造の振動制御2019

    • 著者名/発表者名
      比留田稔樹, 平原隼人, 梶原逸朗, 細矢直基, 前田真吾
    • 学会等名
      日本機械学会[No.19-13] Dynamics and Design Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 実験モード解析によるポポー果実の非接触非破壊硬度評価2019

    • 著者名/発表者名
      荒井那由他,高橋健太郎,細矢直基,梶原逸朗
    • 学会等名
      日本機械学会[No.19-13] Dynamics and Design Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 誘電エラストマーアクチュエータ を用いたスピーカ2019

    • 著者名/発表者名
      細矢直基
    • 学会等名
      日本機械学会[No.19-13] Dynamics and Design Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Vibration and acoustic tests2019

    • 著者名/発表者名
      Naoki Hosoya
    • 学会等名
      Centre for artificial intelligence & robotics (CAIRO) UTM expert talk series 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Assessment of Dynamic Young’s Modulus and Damping Ratio of Bamboo Fiber Reinforced Polymer Composites using Shock Wave2019

    • 著者名/発表者名
      Kengo Yamamoto, Akito Takasaki, Naoki Hosoya
    • 学会等名
      Proceedings of the 15th IFToMM World Congress on Mechanism and Machine Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Assessment of Dynamic Young’s Modulus and Damping Ratio of Bamboo Fiber Reinforced Polymer Composites using Shock Wave2019

    • 著者名/発表者名
      Kengo Yamamoto, Akito Takasaki, and Naoki Hosoya
    • 学会等名
      The 15th IFToMM World Congress
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization of Lamb waves propagating in transparent materials using high-speed camera2018

    • 著者名/発表者名
      Tsubasa Katsumata, Naoki Hosoya, Atsushi Kanda, and Itsuro Kajiwara
    • 学会等名
      The 5th Asia-Pacific Conference on Engineering and Applied Sciences
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurements on soft materials2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Hosoya
    • 学会等名
      The first IEEE-RAS International Conference on Soft Robotics
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] レーザー誘起プラズマで生成された衝撃波によるインパルス加振を用いた透明高分子材料へのLamb波生成2018

    • 著者名/発表者名
      勝又翼,細矢直基,神田淳, 梶原逸朗
    • 学会等名
      日本機械学会 [No.18-64] 第17回評価・診断に関するシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 実験モード解析による「太陽のタマゴ」の硬さ評価2018

    • 著者名/発表者名
      細矢直基, 出西勇気, 高橋健太郎, 梶原逸朗
    • 学会等名
      日本機械学会 [No.18-7] Dynamics and Design Conference 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] DEAによる構造物の振動制御に関する研究(DEAの積層構成と制御効果の考察)2018

    • 著者名/発表者名
      平原隼人,梶原逸朗, 前田真吾, 細矢直基
    • 学会等名
      日本機械学会 [No.18-7] Dynamics and Design Conference 2018 講演論文集
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Structural health monitoring based on laser excitation vibration test and wavelet transform2017

    • 著者名/発表者名
      Shanshan Cao, Itsuro Kajiwara, Xisheng Lia, Naoki Hosoya
    • 学会等名
      2017 Eleventh International Conference on Sensing Technology
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bolt loosening diagnosis by measuring vibration responses excited by laser induced plasma2017

    • 著者名/発表者名
      Mayank Pratap Singh,Itsuro Kajiwara,Naoki Hosoya
    • 学会等名
      The 17th Asian Pacific Vibration Conference
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Excitation system based on laser-induced plasma to generate Lamb wave2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Hosoya,Atsushi Yoshinaga,Atsushi Kanda,Ryosuke Umino,Itsuro Kajiwara
    • 学会等名
      International Conference on Engineering Vibration 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] レーザーアブレーションを用いたLamb波の生成(金属チップによる損傷防止)2017

    • 著者名/発表者名
      吉永敦、奥村洋平、細矢直基、神田淳、岩﨑紗綾、梶原逸朗
    • 学会等名
      [No.17-13]Dynamics and Design Conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] レーザーを用いた音響加振に基づく閉空間内の異物検知2017

    • 著者名/発表者名
      小田一心、梶原逸朗、細矢直基
    • 学会等名
      [No.17-13]Dynamics and Design Conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [産業財産権] 三次元誘電エラストマ構造体、三次元誘電エラストマ構造体を用いたスピーカ、および三次元誘電エラストマ構造体の製造方法2019

    • 発明者名
      細矢直基,前田真吾,増田紘明
    • 権利者名
      細矢直基,前田真吾,増田紘明
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-132812
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 振動特性計測用の発射装置、加振力入力具、振動特性計測システム及び振動特性計測方法2018

    • 発明者名
      細矢直基,梶原逸朗
    • 権利者名
      芝浦工業大学,北海道大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-125879
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2017-07-21   更新日: 2021-02-19  

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