完全非接触で微小物体をピックアップする新技術～空中音響ピンセットへの挑戦～

• 研究課題/領域番号: 22K18813
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
• 研究機関: 東京都立大学
• 研究代表者: 大久保 寛 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (90336446)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 空中音響ピンセット / 音場制御 / 非接触 / 最適化 / 音響ピンセット / 音響処理

研究開始時の研究の概要

音響放射力と呼ばれる“音波による力”に注目した研究は古くから行われ，様々な応用が期待されている．音響放射力の利点は物理的な接触なく物体に力を与えられることである．
これまで本申請者は，完全非接触で物体を拾い上げる新技術『空中音響ピンセット』を提案した．しかし，ステージの特性によっては再現性高くロバストにピックアップすることは難しい．この課題を克服するためには，より綿密かつ高速な位相振幅制御技術が必要不可欠である．
本研究ではこの新技術のロバスト性を向上させるため，独自に開発した手法を組み合わせることで，空中音響ピンセットを進化させ，実応用へ挑戦する．

研究成果の概要

本研究ではこの空中音響ピンセットのロバスト性を向上させる．実用化へ至るための要素技術として，アレイ処理とリアルタイム適応位相振幅制御を組み合わせることで，空中音響ピンセットを深化させる．位相・振幅制御と安定した増幅が可能なシステムをコンパクトに実装した．小規模化・最適化により使用する電流が少なくなった．電源供給はモバイルバッテリーを2つ使うことで，システムを商用電源から切り離した．すなわち，コンパクト空中音響ピンセットはオフグリッド化に成功し，システムのウェアラブル化の可能性を示した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

空中における非接触操作の検討は工学，薬学，化学などの分野で有用である．非対向型超音波振動子アレイを用いることで，ロボットアームなどのメカニカルアームの先端に取り付けることも可能となる．超音波振動子アレイを用いた空中音響制御技術への貢献がある．