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本研究では筋収縮の原理を応用し、無機質からなるバイオアクチュエータとしての集積型微小静電リニアアクチュエータを、現在の微細加工技術を用いて開発し、人工筋肉を実現することを目的とした。
研究の結果以下のことが分かった。
1)アクチュエータを積層化する際に必要なステータ上の両面に電極を配置するパターンの違いによる電極内外のポテンシャル差に優位の違いはないことが分かった。またステータの厚みによる違いも認められなかった。
2)電極を多数個集積した際の電極の内外に蓄積されたエネルギーから有効に利用できるエネルギーを理論と実験から求め、これを基準に集積限界を評価した。その結果ステータの電極のアスペクト比は0.8で最適であることが確認された
3)アクチュエータの吸引力の駆動周波数特性を求めたところ、駆動に適した周波数領域は1〜10KHzの範囲であることが分かった。
4)理論的検討を基に、一層につき20個の基本素子を集積化したものを試作し10kHzで駆動して電圧の出力に及ぼす影響を調べたところ、吸引力は理論通り電圧のほぼ2乗に比例することが確認された。
5)この集積化したものを5層並列に組み合わせ、合計100個の基本素子を有する、外形が幅44×長さ44×厚さ8.82mmの多層集積化モデルを試作した。100V、10kHzの交流電圧を印加したところ、31.85mNの吸引力を発生した。力密度としては1.865kn/m^3以上の値が得られ3次元集積化の効果を確認することができた。
6)有効に力を発生する基本素子ができるだけ多くなるような駆動法を考案し、1ステップ2.5mm(電極長さの1/2)の連続駆動を行ったところこの方法が有効であることが確認できた。
以上の点から、この筋肉をモデルとした集積型微小静電アクチュエータの実現の可能性が高いことを確認した。
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