2021 Fiscal Year Research-status Report
Investigation regarding Multiscale Bio-Inspired Surface
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19KK0096
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
中西 義孝 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (90304740)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中島 雄太 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (70574341)
本田 拓朗 大分大学, 理工学部, 講師 (50850161)
中牟田 侑昌 崇城大学, 工学部, 助教 (30825766)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2025-03-31
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| Keywords | マイクロマシニング / 機械的除去加工 / バイオインスパイヤード表面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脆性材料や延性材料などを含むさまざまな材料の３次元表面に対して、（１）微細加工のためのマイクロマスキングを実施、（２）機械的除去加工でマイクロマシニングを実施、（３）マイクロパターン加工中にコーティング層を“その場”形成、できるシステム構築を目指している。また、蓮の葉や蛾の目など、生命体の３次元表面上で発現している特異的な機能を人工材料上にMultiscale Bio-Inspired Surface（表面構造：もち肌構造・サメ肌構造・蓮の葉/蛾の目構造）として加工できるようにするIoTグローバル分散システムの確立も目指している。
本年度はBio-Inspired Surfaceの設計・作成・応用・分析の各分野において、研究業績が顕著な海外３機関と連携し、研究者間の”たすき掛け”共同研究を推進した。専門分野の枠組みを飛び越えてイノベーションを創出するオープン・イノベーションに若手研究者を巻き込んだ。
University of Twenteと共同開発した光硬化性樹脂を用いたマイクロマスキングプロセスにより、ガラス面の高機能化だけではなく、新しい計測装置部品の開発を進めた。また、熱硬化性樹脂を用いたマイクロマスキングプロセスの試行も行うことができた。Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciencesとは、新たなマイクロマシニングプロセスの可能性を探究し、酸化グラフェン（GO）を用いた加工法とその効果について検証を行った。The University of Adelaideとは、歯科セラミックスの表面に存在する亀裂伝播の起点となるマイクロクラックや結晶欠陥の影響を解明するためにマイクロピラー構造への加工方法と電子顕微鏡内での圧縮試験について議論を進めた。
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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
コロナの影響により渡航ができず、電子メイルとオンライン会議システムの利用による遠隔議論により研究を進めた。３次元加工システム（3d-Supremer：3-dimentional Surface Processing through Elimination by Mechanical Removing）のプロトタイプが完成し、加工精度向上のための改良フェーズに移行することができた。
ヒト皮膚のトライボロジ分野の研究拠点であるUniversity of Twenteとは、研究代表者(中西)・分担者(中島・本田など)が、タブレットガラス表面のデザインを作成し、摩擦挙動発現メカニズムの議論を行った。また、新しい計測装置部品の開発を進めた。さらに熱硬化性樹脂を用いたマイクロマスキングプロセスの試行も行うことができた。
トライボロジ問題の材料化学分野の研究拠点であるShanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciencesとは、研究代表者(中西)・分担者 (本田など)が、加工液の添加剤としての酸化グラフェン（GO）の機能に着目した研究を継続し、マイクロマシニングプロセスに応用する時点での強みと弱みを明らかにすることができた。
歯科セラミックス分野の研究拠点であるThe University of Adelaideとは、研究代表者(中西)・分担者(中牟田・中島・本田)が、歯科セラミックスなどの脆性材料の機械的除去加工法の探索を継続した。また、セラミックスの表面に存在する亀裂伝播の起点となるマイクロクラックや結晶欠陥の影響を解明するためにマイクロピラー構造への加工方法と電子顕微鏡内での圧縮試験について議論を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も引き続きBio-Inspired Surfaceの設計・作成・応用・分析での研究業績が顕著な海外3機関との共同研究を推進する。University of Twenteとはガラス製品の開発を、The University of Adelaideとはセラミックス製品を、Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciencesとは加工プロセス製品の開発を、それぞれ中心にすすめていく。
加工システムである3d-Supremer（3-dimentional Surface Processing through Elimination by Mechanical Removing）の加工精度向上のためには、（１）新しい技術を取り入れたマイクロマスキング方法の開発、（２）加工効率向上をめざしたマイクロマシニング（機械的除去加工）方法の開発、（３）（１－２）の機構を正確かつスムースに制御できる３次元運動制御法の開発、が必要である。（１）の項目については研究代表者(中西)・分担者(中島)が、（２）の項目については研究代表者(中西)・分担者(本田)が、（３）の項目については研究代表者(中西)・分担者(本田)が、それぞれ中心となって取り組む。
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| Causes of Carryover |
コロナの影響により、3つの海外研究拠点での活動を実施することができなかった。そこで国内における研究者間の連絡調整体制ならびに国内での情報収集体制を強化し、全体計画に支障が発生しないような体制を整えた。
ヒト皮膚のトライボロジ分野の研究拠点であるUniversity of Twenteとは、遠隔議論により研究を進めている。ガラス/ステンレス鋼など工業製品表面の質 感・触感・防汚機能などを向上させるBio-Inspired Surfaceデザインの検討が十分行われいるので、渡航が可能になった時点ですぐに現地での共同実験的な活動 が可能である。
トライボロジ問題の材料化学分野の研究拠点であるShanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciencesとも、遠隔議論により研究を進め ている。両機関で実施した加工試験結果を付き合わせることで、どのような加工液が望ましいかの指針をえることができているので、渡航が可能になった時点で すぐに現地での共同実験的な活動が可能である。
歯科セラミックス分野の研究拠点であるThe University of Adelaideとも、遠隔議論により研究を進めている。機械的強度解析や材料表面機能分析を中心とし た議論が十分行われているので、渡航が可能になった時点ですぐに現地での共同実験的な活動が可能である。
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