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骨格筋組織を駆動源とするバイオソフトロボットの創成

公募研究

研究領域ソフトロボット学の創成:機電・物質・生体情報の有機的融合
研究課題/領域番号 19H05322
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関東京大学

研究代表者

森本 雄矢  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (60739233)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
キーワードバイオハイブリッド / ソフトロボティクス / 骨格筋組織 / 筋収縮 / マイクロ工学 / 組織工学 / バイオソフトロボット
研究開始時の研究の概要

本研究では、尻尾や口唇など柔らかな動きを実現している生体部位の骨格筋配置を、体外で構築した骨格筋組織を用いて再現することにより、これらの柔らかな生体動作を実現可能なバイオソフトロボットを実現する。さらに、当該ロボットの駆動を解析し、ソフトロボットの駆動源として骨格筋組織を利用する方法を解明する。

研究実績の概要

本年度は骨格筋組織の収縮により駆動するバイオハイブリッドソフトロボットの応用可能性の実証と複数筋組織の協調により駆動するバイオハイブリッドソフトロボットの実現を目標として研究を行った。
骨格筋組織の収縮運動で動くバイオハイブリッドソフトロボットとして、まず水中を泳ぐことが可能なソフトロボットの創出に成功した。魚形状を持つゴム状の柔軟ロボット骨格上に骨格筋組織を設置することで、電気刺激負荷による筋収縮によってヒレを動かし、泳げることを示した。このとき、柔軟ロボット骨格上での培養で骨格筋組織を構築すると収縮特性が減少してしまうことを見出し、他のデバイス上にて構築した骨格筋組織を移設することで、バイオソフトロボットが筋収縮で駆動可能になることを明らかにした。
さらに、複数の骨格筋組織の協調によって駆動するバイオハイブリッドソフトロボットとして、カエルから採取した骨格筋を前年度より培ってきた外骨格構築技術に融合させることで、拮抗する2つの骨格筋の伸展・収縮で空気中でカニの手のように動くグリッパの創出にも成功した。拮抗筋を用いることで大きな駆動を実現でき、ウズラの卵や遠沈管などを把持して持ち上げることが可能になることを示した。
以上のように、泳動するバイオハイブリッドソフトロボットから2つ骨格筋の協調により駆動するバイオハイブリッドソフトロボットを実現しており、本年度の目的を達成できたと考えている。

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。

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。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 11件、 招待講演 3件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Formation of contractile 3D bovine muscle tissue for construction of millimetre-thick cultured steak2021

    • 著者名/発表者名
      Furuhashi Mai、Morimoto Yuya、Shima Ai、Nakamura Futoshi、Ishikawa Hiroshi、Takeuchi Shoji
    • 雑誌名

      npj Science of Food

      巻: 5 号: 1 ページ: 6-6

    • DOI

      10.1038/s41538-021-00090-7

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cell-Based Biohybrid Sensor Device for Chemical Source Direction Estimation2021

    • 著者名/発表者名
      Oda H.、Kihara K.、Morimoto Y.、Takeuchi S.
    • 雑誌名

      Cyborg and Bionic Systems

      巻: 2021 ページ: 1-9

    • DOI

      10.34133/2021/8907148

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Biohybrid robot with skeletal muscle tissue covered with a collagen structure for moving in air2020

    • 著者名/発表者名
      Yuya Morimoto、Hiroaki Onoe、Shoji Takeuchi
    • 雑誌名

      APL Bioengineering

      巻: 4 号: 2 ページ: 026101-026101

    • DOI

      10.1063/1.5127204

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 培養骨格筋をアクチュエータとした泳動ロボットの作製2020

    • 著者名/発表者名
      MATSUSHITA Kazuma、MORIMOTO Yuya、TAKEUCHI Shoji
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集

      巻: 86 号: 890 ページ: 20-00180-20-00180

    • DOI

      10.1299/transjsme.20-00180

    • NAID

      130007930470

    • ISSN
      2187-9761
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Biohybrid robot composed of cultured tissue and artificial device2020

    • 著者名/発表者名
      Yuya Morimoto
    • 学会等名
      VANJ Conference 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation of contractile skeletal muscle tissue with tendon tissue at both ends2020

    • 著者名/発表者名
      Yuya Morimoto, Shigenori Miura and Shoji Takeuchi
    • 学会等名
      The 24th MicroTAS
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Living skin as a self-repairable covering material for robots2020

    • 著者名/発表者名
      Michio Kawai, Minghao Nie, Haruka Oda, Yuya Morimoto, and Shoji Takeuchi
    • 学会等名
      The 34th MEMS
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Biohybrid micro pinwheel powered by trapped microalgae2020

    • 著者名/発表者名
      Naoto Shimizu, Haruka Oda, Yuya Morimoto, and Shoji Takeuchi
    • 学会等名
      The 34th MEMS
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exoskeletal biohybrid robot using antagonistic xenopus muscle2020

    • 著者名/発表者名
      Jinhwa Lee, Yuya Morimoto, Masahiro Shimizu, and Shoji Takeuchi
    • 学会等名
      The 24th MicroTAS
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of a neuron-muscle construct using neural cell fibers and skeletal muscle tissue for biohybrid actuators2020

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Sunagawa, Midori Negishi, Minghao Nie, Yuya Morimoto, and Shoji Takeuchi
    • 学会等名
      The 24th MicroTAS
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modular tissue assembly for fabrication of complex and scaled up tissue2020

    • 著者名/発表者名
      Byeongwook Jo, Yuya Morimoto, and Shoji Takeuchi
    • 学会等名
      The 24th MicroTAS
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 円筒状デバイスによる骨格筋シート構築2020

    • 著者名/発表者名
      福島健太, 聶銘昊, 島亜衣, 森本雄矢, 竹内昌治
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第42回研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 自己修復可能なロボット被覆素材としての人工真皮の活用2020

    • 著者名/発表者名
      河井理雄, 聶銘昊, 小田悠加, 森本雄矢, 竹内昌治
    • 学会等名
      日本機械学会 第11回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 3D pocket-shape dermis-equivalent as a skin material for a robotic finger2020

    • 著者名/発表者名
      Michio Kawai, Minghao Nie, Haruka Oda, Yuya Morimoto, and Shoji Takeuchi
    • 学会等名
      The 33rd MEMS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of micro-size perfusable cahnnels in mm-thick muscle tissue2020

    • 著者名/発表者名
      Yasuaki Ishii, Yuya Morimoto, Ai Shima, and Shoji Takeuchi
    • 学会等名
      The 33rd MEMS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Micro tissue assembly for co-culturing 3D skeletal muscle and adipose tissues2020

    • 著者名/発表者名
      Byeongwook Jo, Minghao Nie, Ai Shima, Yuya Morimoto, and Shoji Takeuchi
    • 学会等名
      The 33rd MEMS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Centimeter-sized tissue with perfusable channels toward cultured steak2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuaki Ishii, Yusuke Hirata, Yuya Morimoto, Ai Shima and Shoji Takeuchi
    • 学会等名
      The 23rd MicroTAS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 3次元筋組織とデバイスの融合による筋組織の工学分野への応用2019

    • 著者名/発表者名
      森本雄矢, 竹内昌治
    • 学会等名
      第2回 筋スマート社会実現コンソーシアム 講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ロボットの概念が変わる?細胞を使うモノづくり2019

    • 著者名/発表者名
      森本雄矢
    • 学会等名
      JST サービスロボット ニーズ探索ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] Chapter 16, Biohybrid Robot Powered by Muscle Tissues, (Mechanically Responsive Materials for Soft Robotics)2020

    • 著者名/発表者名
      Yuya Morimoto, and Shoji Takeuchi
    • 総ページ数
      25
    • 出版者
      Wiley
    • ISBN
      9783527346202
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] 第5章7 身体運動を再現するバイオハイブリッドロボット (骨格筋研究を核とした筋スマート社会)2019

    • 著者名/発表者名
      森本雄矢, 竹内昌治
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      CMCリサーチ
    • ISBN
      9784904482629
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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