A study of the fast phase transformation of Shape-memory alloy wires and its application to tactile display and bidirectional tactile communication

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形状記憶合金(SMA)の相変態は熱の移動によって引き起こされるため、これまでは高速動作が要求されるようなアクチュエーションとその制御には不向きであると考えられていた。申請者らは、SMAの微細ワイヤにパルス電流を流すと、その周波数に同期して300Hzを超える周波数まで、十分に触知覚が可能な振動が発生することを見出した。本申請研究では、SMAワイヤの高速伸縮動作と時間応答を精密に測定して、物性的特性を解明することを目的とする。更に、SMAの変態動作のダイナミクスならびに変態量を正確に制御する手法を確立し、ソフトアクチュエータ、フレキシブルセンサへの応用展開を図る。第２年度となる本年度は、SMAワイヤに与える応力と温度ならびに、その際の変位量の計測値をもとに、最大の変位を与える物理条件について考察をおこなった。次に、Ti-Ni-Cu系SMAワイヤについて微小振動の物理モデルを構築し、有限要素法により高速変態の解析と考察をおこなった。SMAに流すパルス電流値、パルスの周波数およびDuty比を様々に変化させて物理シミュレーションをおこない、実験による変位計側の結果と併せてSMAの高速動作メカニズムについて考察した。更に、SMAワイヤのソフトセンサ・アクチュエータへの応用展開を進めた。まずは人間が指で素材をなぞった際に知覚する触覚感覚を、同様のなぞり動作によって計測できる触覚センサを開発した。本年度は単一センサによって素材をなぞることで得られるデータを取得し、異なる素材について特徴が得られることを確認した。また、5×5のSMA素子を高密度に配置した触覚ディスプレイの構築を進めた。次にSMAワイヤを柔軟なアクチュエータとして応用した魚ロボットを開発した。SMAアクチュエータに流す微小電流を制御することにより、様々な遊泳動作が可能であることを示した。