機能性流路形成法による身体を拡張するソフトロボットの研究

利用功能通道形成法扩展身体的软体机器人研究

• 批准号: 21J15489
• 负责人: 南之園 彩斗
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Shibaura Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J15489/
• 关键词: 誘電エラストマアクチュエータ(DEA); 静電接着パッド; 柔軟センサ(ストレッチャブルセンサ); EHDポンプ（電気流体力学現象）; 高電圧回路; カーボンナノチューブ; エラストマ; アンテザード; 静電現象; ソフトロボット; 高電圧; カーボン; シリコーン

本研究では誘電エラストマアクチュエータ（DEA）を基材とし、静電接着パッド、柔軟センサ、EHDポンプをソフトマニピュレータへシステム統合することが目的であった。初めにDEAに関して、DEAは高電圧が駆動に必要不可欠である。昇圧素子１つの出力を高電圧用トランジスタ(MOSFET)により分岐させ、複数のDEAを此処に制御可能な回路設計を考案した。これにより従来よりも重量面、消費電極面で有利に機能する高電圧回路を完成させた。次に静電接着パッドに関しては、単位面積あたりの接着力の向上と作成手法の確立を実施した。波型電極を取り入れた静電接着パッドを実際に作成し、櫛歯型との接着力を比較した。その結果、波型電極は櫛歯型電極の約1.5倍の接着力を生じることが分かり、先行研究で推定されていたシミュレーション結果ともほぼ一致した。これにより、波型電極を用いると単位面積あたりの接着力が高い接着パッドの作成ができることを実証した。次に柔軟センサに関してはマニピュレータへの将来的な搭載を踏まえ、DEAと類似の材料であるカーボンナノチューブとエラストマを用いた。本研究では、柔軟センサをウェアラブルデバイスへの実装により簡易的な動的モーションのモニタリングまでを実施した。最後にEHDポンプに関しては、EHDポンプをアンテザード化するため、他大学との共同研究により高電圧回路とウェアラブルアプリケーション開発を実施した。本研究ではソフトマニピュレータの構成要素となり得るDEA、静電接着パッド、柔軟センサ、EHDポンプに関して、その材料や作成手法を確立し、それぞれ遠隔で操作が可能なアプリケーション開発までを完了させた。マニピュレータの具体的開発にまでは至らなかったが、将来的なこれらの成果統合により実現が可能であると考える。

这项研究旨在将静电粘合剂垫，柔性传感器和EHD泵整合到使用介电弹性体执行器（DEAS）作为基座中的软操作器中。首先，关于DEA，高压对于驾驶DEA至关重要。设计了电路设计，该电路设计允许助推器元件的一个输出由高压晶体管（MOSFET）分支，并且可以在此处控制多个DEAS。这导致了一个高压电路，该电路在重量和消耗电极表面方面具有优势，而不是传统系统。接下来，关于静电粘合剂垫，提高了单位面积的粘附强度，并建立了准备方法。实际制备了结合波形电极的静电粘合剂，并比较了梳子齿状形状的粘附强度。结果，发现波形的电极产生的粘附强度约为梳状电极的1.5倍，这几乎与先前研究中估计的模拟结果一致。这表明，使用波形电极可以产生每个单位区域具有较高粘合强度的粘合剂垫。接下来，关于柔性传感器，碳纳米管和弹性体（与DEA相似的材料）被考虑在操纵器中的未来安装。在这项研究中，我们在可穿戴设备上实现了一个灵活的传感器，甚至进行了简单的动态运动监测。最后，关于EHD泵，我们与其他大学进行了协作研究，以开发高压电路和可穿戴应用，以将EHD泵变成自前面。在这项研究中，我们为DEA，静电粘合剂垫，柔性传感器和EHD泵建立了材料和制备方法，这些方法可以是软操作器的组件，并完成了可以远程操作的应用的开发。尽管我们无法用具体的术语来开发操纵器，但我们认为，将来将这些结果整合到可能。

项目成果

液体金属のソフトアクチュエータへの適用と性能評価

液态金属在软执行器中的应用及性能评估

• 发表时间: 2021
• 作者: Takafumi Morita;Yu Kuwajima;Ayato Minaminosono;Shingo Maeda;Yasuaki Kakehi;南之園彩斗
• 通讯作者: 南之園彩斗

Characteristic Evaluation of Dielectric Elastomer Actuator Based on The Stretchable Electrode Density

基于可拉伸电极密度的介电弹性体致动器特性评估

• 发表时间: 2021
• 作者: T. Murakami;A. Minaminosono ;A. Wiranata;H. Okabe;H. Shigemune;S. Maeda;“Characteristic
• 通讯作者: “Characteristic

Scaled-down of high-voltage circuits for dielectric elastomer actuators

介电弹性体执行器高压电路的缩小化

• 发表时间: 2023
• 作者: A. Minaminosono;R. Onuki;Y. Ohsugi;N. Hosoya;S. Maeda
• 通讯作者: S. Maeda

University of Lincoln/Agri-food technology/Prof. Marcello Calisti(英国)

林肯大学/农业食品技术/Marcello Calisti 教授（英国）

Fabrication of a stretchable electroadhesive pad

可拉伸电粘附垫的制造

• 发表时间: 2022
• 作者: A. Minaminosono;R. Toyoda;N. Hosoya;S. Maeda
• 通讯作者: S. Maeda