| 研究課題/領域番号 |
20K20217
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| 研究機関 | 室蘭工業大学 |
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研究代表者 |
孔 徳卿 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 助教 (50868974)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 非線形音響 / 音響駆動力 / 血管内ロボット / 液中推進システム / 弾性表面波 / 厚み振動 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は，圧電素子で超音波振動を励振することで推進力を発生させる液中推進システムである。液中での自走型推進システムは種々考案されているが，単純な構造，高パワー密度，小型化と低コストの利点を持ち，超音波推進システムは他の方式に比較して優れた性能と機能を有する。低侵襲治療，さらに遠隔医療に向け，血管内ロボット推進システムの創成が期待される。
液中超音波推進システムの理論を解明するため，音響放射圧を中心として音響駆動力を計算した。計算値と測定値の議論を行った。弾性表面波素子の設計を検討し，駆動IDT電極のみで液中推進システムの小型化を工夫した。一方で高周波数の厚み振動子を検討し，厚み振動子による液中推進システムの小型化も実現した。音響駆動力による液中推進システムを評価するため，振動源の推力とスイマーの運動速度の測定環境も改善した。さらに，血管内ロボットの実用化に向け，人体に優しい圧電材料を考慮して，非鉛性BNBTM厚み振動素子も検討した。
音響放射圧による音響駆動力の計算，推進システムの小型化と非鉛性圧電材料の検討した上，国内学会３件と国際学会２件を行った。論文１件を掲載した。
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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
液中超音波推進システムの性能向上のため，音響放射圧による音響駆動力の計算，推進システムの小型化と非鉛性圧電材料の検討した。
1, 液中超音波推進システムの理論を解明するため，音響放射圧を中心として音響駆動力を計算した。計算値と測定値の議論を行った。計算値は測定値より小さいため、改善が不可欠である。
2, 弾性表面波素子と厚み振動子の小型化を検討した。弾性表面波素子の設計を考慮し，駆動IDT電極のみで液中推進システムの小型化を工夫した。UIDT振動子より，推進システムの全体的なサイズは50%を縮小した。一方で高周波数の厚み振動子を検討し，厚み振動子による液中推進システムのサイズも直径20 mmの円板振動子から9 mmになった。
3, 血管内ロボットの実用化に向け，人体に優しい圧電材料を考慮し，非鉛性BNBTM厚み振動素子も検討した。BNBTM振動子によるスイマーの推力と運動速度を評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
推進力発生のメカニズムを音響放射圧の理論から定量的に明らかにするとともに，推進力源となる振動子の振動姿態や周波数に対する応答など，基本的な特性について検討する。液中超音波推進システムの理論を解明するため，音響放射圧を中心として音響駆動力を計算した。計算値と測定値の議論を行った。計算値は測定値より小さいため，音響流と粘性の影響も考慮し，推力特性を検討する。推進システムの性能指標を明らかにする。
本研究課題で血管内を動き回り診断を行ったり治療を行ったりすることが考えられる。血管内で血流があり，高推力と小型化の推進システムは不可欠である。マイクロ化と高推進力のため，超音波素子の材料と電極設計に関する研究も行う。高周波数による弾性表面波素子と厚み振動子の小型化を検討する。厚み振動子を用い，多自由度スイマーの実現を検討する。実用化に向け，血管環境のような管内駆動実験を行う。
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