電界紡糸法を用いた多孔質材料の創製と静電型ソフトアクチュエータの開発

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K14201
• 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: エラストマー / ゴム / 多孔質

研究実績の概要

近年，高分子を用いたソフトアクチュエータが軽量，騒音が無い，小型化可能等の観点から期待されている．例えば，誘電エラストマーアクチュエータ(DEA)は静電型アクチュエータの一種であり，予歪を与えると大変形することが報告されて以来，多くの研究が推進されている．特に発生圧力が筋肉と同等かそれ以上と言われており，大変期待を集めるアクチュエータである．DEAは誘電ゴムを柔軟電極でサンドイッチした構造であり，電極に電圧を印加するとゴムの体積が非圧縮性のため厚さ方向にゴムが圧縮され，平面方向に伸張する特徴を持つ．一般にゴム弾性体の応力-歪特性は非線形かつ弾性域が大きい性質を有する．特に歪が小さい領域より少し歪がかかった状態のゴムの弾性率の方が小さいので，予歪をゴムに加えて電圧を印加すると大変形させることができる．つまり，アクチュエータ化には予歪を維持するためのフレームが必要となる．変形方向も平面方向となり，実際の筋肉は収縮型であることを考慮すると異なる点が多く存在する．このような背景の下，エラストマーを多孔質化しその材料特性を制御することができればDEAが有する問題は一挙に解決できると考えた．まずは多孔質エラストマーの作製方法の確立と力学特性について正確に把握し，アクチュエータの機能について理論的に算出することで，収縮型人工筋肉の実現について検討した．
我々はポリジメチルシロキサン（PDMS）に砂糖を混合し，重合後に溶解することで多孔質エラストマーを合成することに成功した．さらにその応力歪特性からアクチュエータの性能について特定した．

研究成果

• [雑誌論文] A Deformable Motor Driven by Dielectric Elastomer Actuators and Flexible Mechanisms (2019)
  • 著者名/発表者名: Minaminosono Ayato、Shigemune Hiroki、Okuno Yuto、Katsumata Tsubasa、Hosoya Naoki、Maeda Shingo
  • 雑誌名: Frontiers in Robotics and AI 巻: 6 ページ: 1～12
  • DOI: https://doi.org/10.3389/frobt.2019.00001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Balloon dielectric elastomer actuator speaker (2019)
  • 著者名/発表者名: Hosoya Naoki、Masuda Hiroaki、Maeda Shingo
  • 雑誌名: Applied Acoustics 巻: 148 ページ: 238～245
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2018.12.032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stretchable Suction Cup with Electroadhesion (2018)
  • 著者名/発表者名: Okuno Yuto、Shigemune Hiroki、Kuwajima Yu、Maeda Shingo
  • 雑誌名: Advanced Materials Technologies 巻: 4 ページ: 1800304～1800304
  • DOI: https://doi.org/10.1002/admt.201800304
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dielectric Elastomer Actuators with Carbon Nanotube Electrodes Painted with a Soft Brush (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigemune Hiroki、Sugano Shigeki、Nishitani Jun、Yamauchi Masayuki、Hosoya Naoki、Hashimoto Shuji、Maeda Shingo
  • 雑誌名: Actuators 巻: 7 ページ: 51～51
  • DOI: https://doi.org/10.3390/act7030051
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Suction cup with active soft pad (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Okuno, H. Shigemune, Y. Kuwajima
  • 学会等名: IEEE/RSJ Robotics and System(IROS)
  • 国際学会
• [学会発表] DEAによる構造物の振動制御に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平原隼人，梶原逸郎，細矢直基，前田真吾
  • 学会等名: 日本機械学会 Dynamics and Design conference
• [学会発表] DEAの振動を用いた推進に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菅野誠，重宗宏樹，前田真吾
  • 学会等名: ROBOMEC2018
• [学会発表] DEAモータとその制御モジュールの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 南之園彩人，重宗宏樹，前田真吾
  • 学会等名: ROBOMEC2018
• [学会発表] 多孔質エラストマーの作製方法と力学的評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林優太，宇津直輝，重宗宏樹，前田真吾
  • 学会等名: ROBOMEC2018
• [図書] 静電吸着パッドを有する吸盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥野悠人，重宗宏毅，桑島悠，前田真吾
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: シー・エム・シー出版
• [備考] Research profile
  • URL: https://shibaura.pure.elsevier.com/en/persons/shingo-maeda