| 研究課題/領域番号 |
19K04288
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
中林 正隆 宇都宮大学, 工学部, 助教 (50638799)
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| 研究分担者 |
嶋脇 聡 宇都宮大学, 工学部, 教授 (10344904)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | バイオミメティクス / バイオメカニクス / ソフトロボット / SMA / 人工筋肉 / 流体内推進機構 / アクチュエータ / 流体力学 / フレキシブルアクチュエータ / 最適化アルゴリズム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
真核生物の高度な変形能力を規範とした格子配列リニアソフトアクチュエータの協調運動を用いた流体内推進機構の開発を目的とする．本構造は複合繊維嚢，リニアソフトアクチュエータ，高分子ビーズ，熱交換器で構成されており，高度な柔軟性と変形能力を維持すると共に環境への安全性が考慮されている．制御・計測系は開発システムLabVIEWで構築し，アクチュエータの同期制御，推進力の計測を同時に行う．本研究期間ではこれを用いたBCF推進運動と蠕動運動を同時に実現する運動機構の開発を目的し，推進力変化，平均推進力，流れ場を計測することで推進特性を評価する．更に統計解析ソフトを用いることで更なる推進性能の向上を図る．
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は最終目的であるリニアソフトアクチュエータを用いて高自由度の変形性能を実現，任意の遊泳形態で遊泳する流体内推進機構の開発のため，これを駆動する基礎運動機構を開発することを目的とした．
1.駆動用リニアソフトアクチュエータの再検討と外注: 前年度ナイロン人工筋の導入を検討したが，十分な変位を発生させることができず断念することとなった．また自作SMAも性能が疎らであり制御性に難があった．そこで，更に情報調査を重ねた結果，SMAのコイル化と熱処理を同時に実施できるメーカが見つかり，想定される歩留まりを押さえたSMAアクチュエータ(SMAA)の製造技術も確立された．
2.ユーグレナを精緻に模倣した新たな駆動機構の提案と試作: 表皮帯構造と同様の並列層配置と滑走機構を用いた変形機構を実現したが，十分な変位を得ることは困難であった．そこで先行研究のモデルを3Dスキャナ計測することで必要な自由度について調査を行った結果，更に微細な表皮帯のサイズと自由度が必要なことが明らかになった．この結果を受けて，多孔質PTFEシートをレーザカッターで線維状に切り出し，アクチュエータを格子配列した複合滑走構造を用いた高自由度変形機構を提案した．これによりユーグレナと同等の自由度と表皮帯数をもつ構造となり，微小な力でも大きく変形し，所望の変形を実現できる可能性が示唆された．
3.多孔質シート線維の複合構造をもつ生体規範型変形機構の評価: 外注したSMAAを項目2の機構に対して格子状に配置して変形制御を行う．この結果，これまでにない大きな変位と線維間の滑走を確認することができた．また局所的な変形を制御することが可能になったため，目的の機構を実現する技術として重要な知見となった．これを更に技術的に拡張すれば任意の形状に変化可能な機構となり，これまでにない汎用流体内推進機構を実現できると考えられる．
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