| 研究課題/領域番号 |
18K13711
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
戸森 央貴 山形大学, 大学院理工学研究科, 助教 (30783881)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 人工筋肉 / 空気圧 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は空気圧ゴム人工筋肉の長寿命化を目的とし、自己修復機能を人工筋肉に付加する。そのために従来の人工筋肉が繰り返し駆動によってどのように破壊するかを、実験と観察によって明らかにする必要がある。
本年度は人工筋肉の構成要素が人工筋肉の寿命に与える影響を明らかにするため、構成要素の中でも寿命に影響を強く与えると考えられる金属リングと繊維材料について検討を進めた。結果として金属リングから受けるせんだん力が炭素繊維を破断させるケースが多く、その場合修復が難しいことが判明した。そこで金属リングの太さを変更し、破断強度の高いアラミド繊維を用いることで人工筋肉を改良した。その結果、繊維の破断が無くなりゴム部分の亀裂が発生するようになり、寿命の全体的な向上にもつながった。ここで観察された破壊は他研究において理論的に証明されており、妥当な結果であると考える。さらに破損個所をゴム部分に限定できたため、熱可塑性エラストマ等の修復可能な高分子材料を用いることで修復可能な人工筋肉の開発が可能になると期待できる。
また、数は少ないものの観察された破壊として、ゴム層と繊維層の剥離があった。これは繊維とゴムの界面において接着が不十分であったために起きたと考えられ、界面活性剤の使用や人工筋肉の作製方法の見直しによって解決すべき課題であると考えている。
空気圧ゴム人工筋肉は柔軟性が高く、周辺環境や人間に対し安全性を確保できるアクチュエータとして期待されているが、その寿命に関する研究は社会実装のために重要である。本課題の遂行によって人工筋肉の寿命向上と寿命の予測が可能になり、突然の故障を回避することができると考える。
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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
本年度中に従来の人工筋肉の破壊要因を観察によって明らかにすることができたが、寿命にかかわるパラメータが非常に多く、期間中に全てのパラメータに対して検討することは難しいと判断した。しかし、ゴム材料と繊維素材に関する検討は行えたため、次の段階として修復可能な人工筋肉の開発に進むことができる。
また、熱可塑性エラストマ以外に修復可能な高分子材料を入手したため、その材料に関する検討も行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は熱可塑性エラストマを用いた修復可能な人工筋肉の開発をおこなう。そのために伸縮による熱可塑性エラストマの破断を実験的に観察し、修復方法の確立を目指す。本年度の研究によりエラストマに生じる微小な欠陥は顕微鏡では観察が難しいことが判明したため、エラストマの劣化は引張試験機によるSSカーブで評価するように計画を変更する。また、本年度の研究によって人工筋肉の繊維素材に炭素繊維よりも強度の高いアラミド繊維を適用した。ただしアラミド繊維は導電性が低いため、当初の計画の通りに通電による発熱を発生させることができない。そこで、熱可塑性エラストマに炭素粒子を分散させ、マイクロ波によって炭素粒子と周辺のエラストマを加熱する方法を計画している。
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