2019 Fiscal Year Annual Research Report
化学反応で駆動する自律機械の研究と「ケモメカトロニクス」の提案
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18J22908
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
佐藤 匡 九州大学, 工学府 機械工学専攻, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 局所的渦 / 一方向流れの形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究の成果としては，昨年度シミュレーション結果から判明した時系列ごとの流れの発達についての理解が深まったことがあげられる．
本年旧課題であるケモメカトロニクスの達成のためには電気的かつ化学的に反応を起こし，流れを生み出すElectrohydrodynamics（EHD）の詳細な原理を知ることが不可欠である．しかし，このEHDの詳細な流れの発達過程については明らかにされておらず，流れの発達過程の予想でとどまっている．そこで昨年度は非接触可視化手法であるシュリーレン法を用いて流れの可視化が可能であることを確認し，シミュレーションから流れの予測までを行った．その結果，流路内に発生する渦が絡み合い一方向流れを形成しているのではないかという仮定を立てた．その仮定を実証するために本年度ではシミュレーションと可視化デバイスを同じスケールで用意し，それぞれの相互比較を行った．比較した結果，渦の発生のするタイミングや発生の仕方が類似していることがわかった．つまり，渦の発生がEHDの流れを考えるうえで重要であることがわかった．この流れの発達過程が解明されると，流れがどういった振る舞いをするのか予測することができるので，EHDデバイスにおける設計論確立へつながる．さらにこれはケモメカトロニクスでアクチュエータとしてEHDを組み込む際に低電圧化が必須であるが，その低電圧化設計のための最適化設計にも適応することができ，今後の研究課題遂行のため大変有益であるといえる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
EHDデバイスは一般的に1000V以上の電圧を要するほど高電圧が必要である．そのため本研究課題であるケモメカトロニクスの達成のために低電圧化は最も重要な項目である．その低電圧化を達成するためにはデバイスの持つ幾何学的パラメータと作動液の持つ物理的なパラメータから最適化設計をする必要がある．そのためにはそれらパラメータがどのように影響を及ぼし，流れを発生させているのか理解する必要がある．その理解のための非接触可視化とシミュレーションとの比較検証を本年度では達成し，ここからさらに設計論の確立へと進展できる見込みがあるため，おおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策としては本年度までに得られたデータをもとに論文投稿を行い，残りのセンシング部とエネルギー部を完成させ，アセンブリする．具体的にはEHDに働く理論的な体積力の式から得られたシミュレーション結果とシュリーレン法と呼ばれる非接触可視化手法を用いたデータ，そして可視化画像から算出したベクトル図をシミュレーションのベクトル図と比較検討を行った結果をまとめ，論文投稿を行う．そして，本研究課題であるケモメカトロニクスの実証実験のためのセルフフォーカスマシン作成のために色素増感太陽電池と低電圧化したEHDデバイスを組み合わせて完成させる．また，そのデータをまとめ論文投稿を行う．
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