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2017 年度 実績報告書

ケミカルアクチュエータの知能化とケミカルメカニクスの学理構築

研究課題

研究課題/領域番号 16H04306
研究機関芝浦工業大学

研究代表者

前田 真吾  芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (40424808)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードゲルポンプ / ソフトアクチュエータ / ゲルアクチュエータ / 自律駆動 / 振動反応
研究実績の概要

糖尿病は若い人に発症が多く,完治が困難である.その患者は,血糖値コントロールのために注射によってインスリンを自己投与することが一般的である.しかし,注射による自己投与は,痛みや皮膚の変質等,QOLが低下する.そこで,本研究は体内で自律的に制御されるデバイスである.これまで自律駆動ゲルのポンピ化に関する研究を推進し,発生力や流量の制御はおおむね目途がついてきた.本研究では反応溶液の濃度を調整し,自律駆動ゲルにひずみをかけることで振動を制御することを目的とした.またその振動特性を解析し自律駆動の制御について考える.本研究により,新規な医療用デバイスの開発や自律駆動ゲルの応用研究がより加速されることが期待される.比較的硬めのゲルで治具を作成し,自律駆動ゲルの試験片を作成し,引張試験機に取り付け引張を行った.初期条件として,水槽内のBZ溶液(硝酸+臭素酸ナトリウム+マロン酸)の温度を20℃,溶液の初期濃度を 硝酸:臭素酸ナトリウム:マロン酸=0.895:0.084:0.0625(M)とした.溶液の条件は,ひずみをかけていない状態でBZ反応しない程度の濃度に設定した.反応停止後にゲルにひずみをかけ,BZ反応のON-OFfを試み,ある条件において振動状態を力学的な拘束条件によって制御することができた.
さらにゲルポンプの発生力が大きくなったので,自己フィードバック型のゲルポンプの可能性について検討をはじめた.つまり,自身へのフィードバックを力学的におこなうことができるスマートマテリアルを創成することが示唆された.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初計画ではインスリンの制御まで行う予定であったが,ゲルポンプに関するスマートメカニズムについて新しいアイデアが生まれた.そこで,新しいアイデアに対する議論を海外の研究者とはじめ,計画が少し遅れることになった.

今後の研究の推進方策

これまでのゲルポンプのスマートメカニズムに関する研究を論文として投稿する.さらに力学的な制御とインスリン放出に関する実験をできるだけ早く推進する.
ゲルポンプのスマートメカニズムについて,当初の予想より発生力を大きく取り出すことができた.このことにより,自己フィードバック型の自律駆動ポンプの可能性が出てきており,非常にインパクトのある研究の方向性が見えてきた.つまり,化学的な現象と力学的な現象がカップルし,さらに自己フィードバックや複数のゲルポンプを設計した場合,相互結合型のネットワークも構築できる可能性がある.つまり,ケミカルロボットの知能化について,当初計画よりより高機能な化学的知能を創造できる可能性があることが期待できる.

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Scuola Superiore Sant’Anna(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      Scuola Superiore Sant’Anna
  • [雑誌論文] Evaluation of Invasiveness by Breakdown Phenomena of Electrically Induced Bubbles for a Needle-Free Injector2018

    • 著者名/発表者名
      Ichikawa Keita、Maeda Shingo、Yamanishi Yoko
    • 雑誌名

      Journal of Microelectromechanical Systems

      巻: 27 ページ: 305~311

    • DOI

      10.1109/JMEMS.2018.2793314

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Conduction Electrohydrodynamics with Mobile Electrodes: A Novel Actuation System for Untethered Robots2017

    • 著者名/発表者名
      Cacucciolo Vito、Shigemune Hiroki、Cianchetti Matteo、Laschi Cecilia、Maeda Shingo
    • 雑誌名

      Advanced Science

      巻: 4 ページ: 1600495~1600495

    • DOI

      https://doi.org/10.1002/advs.201600495

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Conduction ElectroHydroDynamic pumps with asymmetrical structure of electrodes in micro channel2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, Y. Yamanishi, V. Cacucciolo, Y. Kuwajima, H. Shigemune, M. Cianchett, C. Laschi, S. Maeda
    • 雑誌名

      Chemistry letters

      巻: 46 ページ: 950~952

    • DOI

      https://doi.org/10.1246/cl.170217

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Fluidic chemo-mechanical actuators2018

    • 著者名/発表者名
      Shingo Maeda
    • 学会等名
      IEEE Soft Robotics 2018 Workshop: Fluid-driven soft robots: a collaborative workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Soft and chemical robots2017

    • 著者名/発表者名
      Shingo Maeda
    • 学会等名
      Progress In Electromagnetics Research Symposium, Singapore
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 化学反応で動くシステム2017

    • 著者名/発表者名
      前田真吾
    • 学会等名
      「ソフトロボット:メカニカル材料」シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] アクティブに駆動する生体模倣型ゲルアクチュエータの創製2017

    • 著者名/発表者名
      前田真吾
    • 学会等名
      日本機械学会バイオエンジニアリング部門 バイオサロン
    • 招待講演
  • [学会発表] 複数の自励振動ゲルから得られる発生力2017

    • 著者名/発表者名
      吉村恭輔,前田真吾,大塚裕司
    • 学会等名
      ROBOMEC2017
  • [学会発表] CONDUCTION PUMPINGを用いたポンプの設計2017

    • 著者名/発表者名
      桑島悠,重宗宏毅,前田真吾
    • 学会等名
      ROBOMEC2017
  • [学会発表] 電気流体現象を用いた連結式マイクロポンプの研究2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤匡,前田真吾,山西陽子,桑島悠,重宗宏毅
    • 学会等名
      ROBOMEC2017
  • [学会発表] 連結式低電圧マイクロEHDポンプの研究2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤匡,前田真吾,山西陽子
    • 学会等名
      応用物理学会
  • [学会発表] 電界誘起マイクロバブルを用いた直接凝着めっき法の創生2017

    • 著者名/発表者名
      市川啓太,前田真吾,山西陽子
    • 学会等名
      第8回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • [学会発表] Analysis of EHD pump with planer electrodes using FEM simulation2017

    • 著者名/発表者名
      Kuwajima Yu、Maeda Shingo、Shigemune Hiroki
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Fundamental study on electrically-induced bubble catalytic plating technology2017

    • 著者名/発表者名
      Fukuyama Yudai、Ichikawa Keita、Maeda Shingo、Yamanishi Yoko
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 国際学会
  • [図書] 機械の研究2017

    • 著者名/発表者名
      前田真吾
    • 総ページ数
      pp.661-668
    • 出版者
      養賢堂

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公開日: 2018-12-17  

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