• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

低消費電力で大変位・高出力の限界を極める熱刺激型軽量コイルアクチュエータの開発

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 19H05332
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
研究機関岡山大学

研究代表者

林 靖彦  岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (50314084)

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
10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
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: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
キーワード複合繊維コイルソフトアクチュエータ / カーボンナノチューブ紡績糸 / アクチュエータ / 直鎖状低密度ポリエチレン糸 / ジュール熱 / ソフトアクチュエータ / 結晶性ポリマー糸 / 高出力・大変位 / 結晶性ポリ マー / 複合繊維 / 熱刺激
研究開始時の研究の概要

本研究で,結晶性ポリマー糸と超軽量カーボンナノチューブ(CNT)紡績糸もしくはCNT膜からなる複合繊維をコイル状に巻き上げる,熱源に重くかさばる金属線を使わない「複合繊維コイルアクチュエータ」を開発する.このため,結晶性ポリマー材料開発および繊維のナノ構造制御,加工プロセス・形状制御,熱の散逸を抑制しポリマー糸への効率的な熱伝導機構を実現するする.しなやかで強靱性に優れた人型ロボットやアンドロイドを介護現場に投入することで,人口減少による労働力不足,高齢化社会を解決すると期待される.

研究実績の概要

結晶性ポリマー糸材料開発および2層カーボンナノチューブ(DWCNT)繊維のナノ構造制御,そして,ポリマー糸とCNT繊維の複合加工プロセス・形状制御,熱の散逸を抑制しポリマー糸への効率的な熱伝導機構を実現し,発生力と収縮率を向上させ柔軟(しなやか)で強靱性に優れたアクチュエータを開発した.これを実現するため,以下の研究を実施した.
【研究1:低消費電力で大変位・高出力を実現する結晶性ポリマー糸の開発】結晶性ポリマーは,加熱により収縮するエントロピー弾性を示し熱収縮する.マテリアルズ・インフォマティクスの手法を活用し,ポリマー(低密度ポリエチレン)糸作製時に,収縮を担うタイ分子が配向し結晶部間をつなぐ構造をとるポリマー材料を設計・合成技術を開拓した.高角および小角X線散乱による微細構造評価により,伸縮性の大きなポリマー糸の物性を解明した.【研究2:DWCNT糸とポリマー糸の複合化によるソフトアクチュエータ構造の開発】DWCNTに通電して発生する熱を利用して,ポリマー糸の収縮を誘起する.DWCNTの高熱伝導性のため,効率的にポリマー糸へ急速に熱伝導が起こり,高速な運動が可能になった.また,アクチュエータ内部からの急速な放熱の発生で,これまでに実現できていない高速な動作が可能となった.これにより,従来の課題であった消費電力を大幅に低減させることができた.【研究3:複合繊維コイルアクチュエータの物性解明】DWCNTの通電条件を制御し,アクチュエータ温度を室温から100度へ加熱することで,数cmの大変位,生体筋の最大発生力の約4倍を実現した.さらに,温度変化に対する追従性(運動適応能力)が非常に高いことを明らかにした.

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

    (9件)

すべて 2020 2019 その他

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 2件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A Review of Dry Spun Carbon Nanotube Yarns and Their Potential Applications in Energy and Mechanical Devices2020

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Yasuhiko、Chiba Yusuke、Inoue Hirotaka、Hada Masaki、Nishikawa Takeshi
    • 雑誌名

      Journal of Fiber Science and Technology

      巻: 76 号: 2 ページ: 72-78

    • DOI

      10.2115/fiberst.2020-0013

    • NAID

      130007806122

    • ISSN
      2189-7654
    • 年月日
      2020-02-15
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A review of dry spun carbon nanotube yarns and their potential applications in energy and mechanical devices2020

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Hayashi, Yusuke Chiba, Hirotaka Inoue, Masaki Hada, and Takeshi Nishikawa
    • 雑誌名

      Journal of Fiber Science and Technology

      巻: 76 ページ: 72-78

    • NAID

      130007806122

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The critical role of the forest morphology for dry drawability of few-walled carbon nanotubes2020

    • 著者名/発表者名
      H. Inoue, M. Hada, T. Nakagawa, T. Marui, T. Nishikawa, Y. Yamashita, Y. Inoue, K. Takahashi, Y. Hayashi
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 158 ページ: 662-671

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2019.11.038

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast isomerization-induced cooperative motions to higher molecular orientation in smectic liquid-crystalline azobenzene molecules2019

    • 著者名/発表者名
      M. Hada, D. Yamaguchi, T. Ishikawa, T. Sawa, K. Tsuruta, K. Ishikawa, S. Koshihara, Y. Hayashi, T. Kato
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 4159-4159

    • DOI

      10.1038/s41467-019-12116-6

    • NAID

      120006812113

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 直鎖低密度ポリエチレン糸ソフトアクチュ エータ特性の結晶構造依存性2020

    • 著者名/発表者名
      藤田優希,井上寛隆,中川智広,吉田啓一朗,松本英俊,宝田亘,鈴木弘朗,西川亘,山下善文,林靖彦
    • 学会等名
      2020年度 応用物理・物理系学会 中国四国支部合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高配向化プロセスの導入によるCNT紡績糸の物性向上2020

    • 著者名/発表者名
      森光生,井上寛隆,中川智広,那須郷平,前谷光顕,林靖彦,山下善文,鈴木弘朗,西川亘
    • 学会等名
      2020年度 応用物理・物理系学会 中国四国支部合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ドライプロセスにより作製する 2 層カーボンナノチューブ紡績糸の物性とエネルギー ・ メカニカルデバイスへの応用2019

    • 著者名/発表者名
      林靖彦,井上寛隆,吉山貴之,宝田亘
    • 学会等名
      2019 年度 繊維学会年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノ・マクロ視点から見たCNTシートの界面でのエネルギー輸送2019

    • 著者名/発表者名
      羽田 真毅,牧野 孝太郎,長谷川 太佑,井上 寛隆,大元 一輝,西川 亘,山下 善文,林 靖彦,腰原 伸也,前田 理,長谷 宗明
    • 学会等名
      2019年 第80回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] https://hayashi-lab.org/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi