形状記憶ポリマーを用いた可変摩擦機構の開発と蠕動運動ロボットへの応用

• 研究課題/領域番号: 23K03761
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 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
• 研究機関: 東京電機大学
• 研究代表者: 釜道 紀浩 東京電機大学, 未来科学部, 教授 (70435642)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 可変摩擦 / 形状記憶ポリマー / 機能性高分子 / 蠕動運動ロボット

研究開始時の研究の概要

本研究ではミミズの摩擦調節機能や摩擦モデルに着想を得て、移動ロボットの表面に設置可能な「可変摩擦機構」を設計・開発する。開発した機構を蠕動運動ロボットに適用し、環境の変化に適応した運動制御の実現を目指す。十分な摩擦特性変化を生み出すと同時に、ロボットの表面に設置可能な小型・薄型のデバイスを構築するため、温度で硬さが急激に変化する形状記憶ポリマーを用いる。摩擦変化のモデル化を行うとともに、可変摩擦機構の性能を評価する。また、蠕動運動ロボットに適用して、可変摩擦機構の有効性を検証する。

研究実績の概要

本研究では、ミミズの摩擦調節機構や摩擦モデルに着想を得た可変摩擦機構を構築し、蠕動運動型ロボットなどのほふく運動する移動ロボットに適用して環境変化に適応した運動制御の実現を目的としている。ロボットの表面に設置可能な小型・薄型のデバイスを構築するため、温度で硬さが急激に変化する形状記憶ポリマーと呼ばれる機能性高分子材料を用いた可変摩擦機構の実現を目指している。
今年度は、可変摩擦機構の実現可能性を検証するため、形状記憶ポリマーを用いた素子を設計・製作し、加熱時の摩擦特性変化を検証した。事前実験により３Dプリンタの造形精度を検証した上で、突起の形状や高さ、間隔などを変えた表面形状の異なる素子を複数製作し、実験により摩擦特性を評価した。形状記憶ポリマーを加熱した際に、ガラス転移温度を境にして、10倍以上の摩擦力の変化が確認できている。また、本研究では、形状記憶ポリマーにジュール加熱用の電熱線を組み込んだ構造を想定しており、温度制御のために組み込む電熱線の配置方法および製作方法を検討し、電熱線を組み込んだ素子を試作して、温度変化の特性を確認した。さらに、可変摩擦機構の効果検証のために用いる小型の尺取虫型ロボットを設計・製作し、動作検証を行った。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

素子製作や評価実験のための構築を構築し、製作と評価を実施しているが、摩擦変化の解析とモデル化に引き続き取り組んでいる状況である。

今後の研究の推進方策

基本的には当初の計画に沿って研究を進める。形状の最適化とモデル化に取り組むとともに、2年目に計画していた移動ロボットへの適用を予定している。