| 研究課題/領域番号 |
17H01224
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
古川 英光 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50282827)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 機械学習 / ゲル / ３Dプリンタ / ３Dスキャナ / 高分子構造・物性 / 機械材料・材料力学 |
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| 研究実績の概要 |
申請者は平成25-27年度の基盤研究（B）「高強度・形状記憶ソフト＆ウェット材料の超高精度自由造形法の確立」において、３Dゲルプリンティング技術の確立とその応用可能性を示すことに成功し、その成果は３Dゲルプリンターの実用化や大学発ベンチャーの設立に至っている。本研究は、デジタル制御で高機能性３Dゲル材料の合成と構造物性解析の両方ができるシステムを試作し、機械学習によって造形する材料の成分や反応条件の最適化や新規機能性材料を自律的に探索するゲル材料研究ロボットの開発を目的とする。従来のコンビナトリアル・ケミストリーのアプローチを刷新し、デジタル活用でゲル研究の超加速化の可能性を探り、最終的には深層学習と材料研究の広範な融合を目指す。３Dプリンター分野での日本の遅れを挽回し一気に先頭に踊り出ることを目指す。2019年度は下記を実施した。
【テーマ2．学びながら合成するゲルロボ２号の開発】
１）ゲルの透明度・色の測定:透明度変化の定量的な測定系を構築するために、UVの照射強度により透明度(白濁度)が変わるゲルの造形方法を確立した。
２）柔らかさ・滑らかさの測定：照射強度でゲルの弾性率を変えた造形物の作製に成功した。
３）レーザー後加工の検討: 照射強度でゲルの弾性率を変えた造形物の作製に成功した。
４）ゲルロボ1号を用いた探索研究手法の確立：機械学習を可能にするため動的光散乱で計測したデータを自動的に解析する部分にディープラーニングを適用し、複数の緩和モードを自動的に算出できるようにした。緩和モードからはナノ網目サイズが算出され、これにより非破壊でもゲル網目の弾性率を求めることができる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ゲルの透明度・色の測定…UVの照射強度により透明度(白濁度)が変わる現象は、開始剤の結晶化に起因したものと予想される。白濁化により色素を用いないで、透明と白濁を局所的に作り分けることができる可能性が見いだされた。
ゲルロボ1号を用いた探索研究手法の確立：解析の自動化に加え、ユーザーが入力したゲル成分から要求される硬さや形を得るために、照射光強度、照射光走査速度、走査回数、走査線密度、などのパラメーターを細かく変えて造形を行い、データベースの構築を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
１）ゲルの透明度・色の測定: 3光源による吸光度・散乱：色の表現は顔料の比率だけでは決まらず、ゲル中の顔料の分散具合で見え方は大きく変わる。これを評価するために色を検出できる装置を開発する。具体的には現有設備の３波長のRGBレーザー光源を同軸光ファイバに入射し、反射光の強度と散乱光の強度のそれぞれを同時に検出することを試みる。
２）柔らかさ・滑らかさの測定: マイクロプローブ測定：3Dゲルプリンターには、場所によって硬さ（弾性率）や滑らかさ（表面摩擦）を局所的に変えて作ることが期待されている。ゲルロボの光ファイバーを保護するためのスリーブ部分を光ファイバー部分と力学的に分離し、強制振動させる。先端がゲルの表面と相互作用することで、プローブの振幅と位相の変化が生じるのをレーザー変位計によって測定し、表面付近のゲルの粘弾性や摩擦挙動を検出できるかに挑戦する。
３）レーザー後加工の検討: 三次元造形物後加工処理に炭酸ガスレーザーの適用を検討する。
４）ゲルロボ1号を用いた探索研究手法の確立：ゲルロボ1号が自動的に、照射光強度、照射光走査速度、走査回数、走査線密度、などのパラメーターを細かく変えるよう、パラメータに対して機械学習の適用を試みる。
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