| 研究課題/領域番号 |
19J14362
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
西村 冬威 電気通信大学, 情報理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | 水中ロボット / ソフトロボティクス / 生物規範機構 / 人工筋肉 / 誘電エラストマー / DEA |
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| 研究開始時の研究の概要 |
魚類の筋肉は左右一対の拮抗筋構造を有し、左右の筋肉の筋節は３つの円錐が連結したような三次元的に複雑な形状をしている。この筋節の複雑形状（以下、連結円錐構造）は、魚が推進に用いる胴体屈曲運動を効率的に行う効果があると報告されている。
本研究ではこの連結円錐構造に着目し、その優れた特性を柔軟な人工筋肉で模倣することで、効率的に屈曲動作を生成する魚立体筋構造模倣型駆動モジュールの開発を目指す。また、開発した魚立体筋構造模倣型駆動モジュールを用いて魚型ソフト水中ロボットを制作し、高速・高効率推進可能な魚型ソフト水中ロボットの実現を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究は魚の高性能な筋構造を規範とした高性能駆動モジュールの開発、および開発した駆動モジュールを用いて魚の柔軟な構造と推進メカニズムを規範とした高性能な立体魚型ソフト水中ロボットの実現を目的とした。
魚の胴体の効率的な曲げ収縮を行う左右一対の「体側筋」を構成する筋節の、円錐が連結した様な構造（以下、連結円錐構造）には変位を力に、力を変位に変換するギヤの様な効果があるとされている。そこで、この効果と腱に対し角度がついた筋繊維の配向性から羽状筋と類似したメカニズムであると仮説を立て、羽状筋のモデルを元に魚の体側筋の筋節構造を簡略化したモデルを構築した。
また、駆動モジュールに用いる人工筋肉として、生体筋相当の大ひずみと加工性を利点とする誘電エラストマーアクチュエータ(以下、DEA)を採用し、魚類の体側筋の左右一対の拮抗配置を「チューブ型DEAモジュール」により模倣した胴体屈曲推進ロボットを開発した。本ロボットは汎用的な構造で魚と共通の推進メカニズムの推進を実現した。
連結円錐構造を簡略化したモデルに基づいて円錐型DEAを組み合わせた「連結円錐型DEA駆動モジュール」を開発した。円錐を入子状に配置しDEAの変形を背骨に対して並列接続・直列接続する２タイプを開発した。並列接続タイプは各円錐型DEAの頂部パーツに穴とワイヤを設け、ワイヤを隣の円錐型DEAの先端パーツの穴を通して並列接続した駆動モジュールであり、生体筋肉に匹敵する大ひずみ・高エネルギー密度を実験で確認した。直列接続タイプでは各円錐型DEAの底部パーツを隣の頂部パーツと接続しDEA同士が直列に接続された駆動モジュールである。連結した直列接続タイプの「連結円錐型DEA並列アレイ」を拮抗配置にして胴体屈曲運動を行う設計をした魚型水中ロボットを制作し、絶縁流体中で推進実験を行い魚のような推進（推進速度52mm/s）に成功した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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