| 研究課題/領域番号 |
23K20912
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01239 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18040:機械要素およびトライボロジー関連
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| 研究機関 | 苫小牧工業高等専門学校 (2024)
熊本大学 (2021-2023) |
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研究代表者 |
渡邉 智 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (80579839)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2025年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
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| キーワード | ソフトアクチュエータ / 近赤外波長選択 / 光熱変換 / マイクロパターニング / 希土類イオン結晶 / マランゴニ流 / 近赤外光 / 波長選択 / 感温性ハイドロゲル / 希土類 / 結晶 / ソフトマイクロマシン / ナノシート / 波長選択応答 / 希土類ナノ材料 / 感温ポリマーゲル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
これまで実現が困難であった水中での遠隔操作で複雑な動作が可能なマイクロマシンを実現する。吸収線幅の狭い複数の希土類光熱変換材料を感温ゲルに組み込み分けることで、照射波長の違いで複雑な動作が可能になる。微細化に伴う駆動力の低下で問題となる溶液抵抗（およびブラウン運動）を克服するために、「①吸収効率の低さを補い希土類濃度を高める材料設計の工夫」、「②省エネルギーで駆動できる生物模倣デバイスの開発」、「③外部環境の影響を受けにくい流体システムの設計」に取り組む。将来的には、生体深部まで透過可能な近赤外光のみで駆動でき、医療用マイクロロボットへの応用が期待できる。
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| 研究実績の概要 |
本提案の目標は(1)希土類光熱変換材料の開発、(2)希土類光熱変換デバイスの開発、(3)マイクロソフトオプトメカニカルシステムの開発である。そのうち、昨年度の計画で示した通り(1)希土類光熱変換材料の開発：希土類結晶の合成、(3)マイクロソフトオプトメカニカルシステム：メカニカルアクチュエータとマランゴニ推進船の複合化を行った。（1）に関しては、水溶性の希土類硫酸塩を用いて希土類イオン結晶の合成を試みた。希土類硫酸塩は他の希土類塩と異なり、水への溶解性が低いために、希土類硫酸塩をフィラーやデバイスとして用いることができる。希土類硫酸塩を水に加えてpHを変えて沈殿-溶解の相図を作製した。相図は作成できたが、溶解と沈殿の境界に存在する過飽和領域が小さいために、希土類硫酸塩を意図的に結晶成長させるのが難しいことが明らかになった。マイクロメートルサイズやミリメートルサイズの希土類結晶をアクチュエータの担体にするのが難しい。今後は初年度、次年度に用いていた希土類ナノ粒子をゲル中にフィラーとして分散させる手法に絞ることにした。（2）に関しては、収縮と膨潤のメカニカルアクチュエータを水面に置くことで収縮と水面上の動きを両立させることに成功した。メカニカルアクチュエータの収縮時はゲルの疎水化を利用しているために、光熱変換の温度変化だけでなく、ゲルの親疎水性の変化もマランゴニ流れの駆動力に影響している可能性が示唆された。想定よりも大きいマランゴニ流れによるアクチュエータの移動が可能になりそうなために、ゲルの親疎水を高める必要があるという重要な知見が得られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究目的(1)希土類光熱変換材料の開発、(2)希土類光熱変換デバイスの開発、(3)マイクロソフトオプトメカニカルシステムの目途が立ったためである。残りは（3）のマイクロサイズへスケールダウンする部分が大きなターゲットである。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は光熱変換デバイスやソフトオプトマイクロメカニカルシステムをマイクロメートルサイズへスケールダウンする計画である。スケールダウンには、フォトマスクを介した光重合、マイクロメートルサイズの鋳型を利用した鋳型重合、インクジェット装置を利用したプリンティング法、光学顕微鏡下でマニピュレーターで切削加工する手法などを用いる予定である。
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