2019 Fiscal Year Annual Research Report
Fine Hybrid Bionics by Fabrication of Muscle Actuator Modules
| Project/Area Number |
19H00751
|
|---|
| Research Institution | Meijo University |
|---|
Principal Investigator |
福田 敏男 名城大学, 理工学部, 教授 (70156785)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 大 名古屋大学, 工学研究科, 特任助教 (20713374)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 筋組織 / マイクロロボット / アクチュエータ / フィードバック制御 / モジュール構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、申請者らが有する微細加工及び細胞組織構築技術を用いて、マイクロセンサを有する筋組織アクチュエータモジュール（SMAモジュール）を作製し、モジュールを組み合わせることでフィードバックループを有する筋駆動マイクロロボットの実現を目指している。本年度はSMAモジュールの基盤技術となる、筋組織アクチュエータの作製と伸縮センサの作製を主に研究を実施した。
まず、筋組織のモジュール化については、筋組織の両端に人工的に作製した腱構造を付加することでマイクロロボット等の筐体に取り付け、及び取り外しができるような筋組織アクチュエータのモジュール化を実現した。また、筋組織アクチュエータの駆動について、印加する電圧、周波数による収縮量の違いを計測し、筋組織アクチュエータの収縮量を電圧及び周波数によって制御可能であるか等の基本的な性能を確認した。さらに、筋組織の収縮量、収縮力を計測するセンサとして、柔らかく筋組織と共に収縮可能なフレキシブルセンサについてもプロトタイプを作製し、その基本特性を得ている。
本研究では筋組織の他にも、肝臓組織の体外での作製も行なっており、3次元の血管様構造を有する肝小葉モデルや光硬化性生分解性ゲルを用いた管状肝臓組織の作製なども実現した。これらの研究では、ハイドロゲル表面及び内部に肝臓細胞を配置し、ハイドロゲル自体の形状、及びハイドロゲル内の管腔構造を制御することで、マイクロ肝臓組織を作製した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
筋組織アクチュエータについては、当初の予定通り腱構造を付加することでモジュール化し、マイクロロボットの筐体等に取り付け、取り外しを複数回行えるようにした。筋組織アクチュエータの駆動についても、駆動のために印加する電圧や周波数による筋組織アクチュエータの収縮量の違いを計測し、アクチュエータとしての基本的な特性及び制御性について確認を始められるところまで達成した。また、センサについても筋組織と同等の柔らかさを有するセンサについてもプロトタイプの設計・作製を行い、センサとしての基本特性の解析が現在までに進んできており、筋組織アクチュエータの収縮量計測への応用へ進める段階まで来ている。さらに、細胞組織の体外での構築については、筋組織だけではなく肝臓組織など他の組織についても作製を進めることができ、肝臓組織の形状や、肝臓組織内の血管様中空構造を３次元的に作製することに成功した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降は、作製している腱構造を有する筋組織アクチュエータに対し、現在開発を進めている伸縮可能なセンサを統合し、センサが筋組織と同等に収縮することによる筋組織アクチュエータの駆動量計測を行う。また、センサの出力信号とカメラからの筋組織の収縮量計測とを比較することで、センサの性能を確認すると共に、センサ及び筋組織アクチュエータの周波数特性など基本的性能を確認する。筋組織アクチュエータのモジュール化については、腱構造の軽量化、最適化を図ることでより大きな筋組織アクチュエータの作製を行い、収縮力、収縮量の増大を目指す。また、モジュール化した筋組織アクチュエータを複数用意し、多自由度マイクロロボットの筐体の複数箇所に設置をすることで、複数関節の独立した駆動を筋組織アクチュエータで行い、多自由度のマイクロロボットを駆動することを目指す。
|
