Morphing of flexible membrane wing using dielectric elastomer actuator/sensor

本研究は，外部環境をセンシングし最適な形状にモーフィングする柔軟膜翼の実現を目指す．本研究は，実現の鍵となるDEAによる柔軟膜形状のセンシング技術及び形状制御技術を構築・実証する．本研究により柔軟膜形状を自在に操ることで，将来的に図1に示すような，高空力特性・高制御性・高収納性のコウモリのような小型無人航空機の実現につなげる．このような特性の航空機は，地球での利用だけでなく火星探査飛行機としても有用である．本研究は，従来の剛体的な飛行機像を覆し，生物的な柔軟な飛行機の世界へと変革させる可能性を持ち，大きな波及効果が見込まれる．今年度は研究の1年目の活動として，主に実験環境の整備や，先行研究の再現実験，基礎データの取得などを実施した．また，誘電エラストマアクチュエータを翼に適用し，風洞試験を行った．ここでは，アクチュエータを駆動させながらその時の空気力や変形状態や流れ場を観察した．変形状態の計測には，ステレオ視の原理を利用したデジタル画像相関法を用いた．これにより，時々刻々の膜の変形状態を計測することができた．これらの活動を通して最終的に，本研究は従来のモーフィング技術では不可能だった「厚みがなく柔軟な膜翼」のモーフィングに挑む．一般的な厚翼のモーフィングでは，例えば翼内部をコルゲート構造にして変形させる研究等がある．しかし膜翼は翼に厚みがないため，そういった手法は適用できない．一方，薄翼のモーフィングでは，ピエゾ素子等の伸縮アクチュエータを薄板表面に貼って板をたわませる研究があるが，この手法も柔軟膜では機能しない．このように，これまでの翼モーフィング技術は柔軟膜翼には適用できない．対して本研究では，DEAを用いることで柔軟膜翼に対する独自の能動的モーフィング技術を提供する．

本研究は，外部環境をセンシングし最適な形状にモーフィングする柔軟膜翼の実現を目指す．本研究は，実現の鍵となるDEAによる柔軟膜形状のセンシング技術及び形状制御技術を構築・実証する．本研究により柔軟膜形状を自在に操ることで，将来的に図1に示すような，高空力特性・高制御性・高収納性のコウモリのような小型無人航空機の実現につなげる．このような特性の航空機は，地球での利用だけでなく火星探査飛行機としても有用である．本研究は，従来の剛体的な飛行機像を覆し，生物的な柔軟な飛行機の世界へと変革させる可能性を持ち，大きな波及効果が見込まれる．今年度は研究の1年目の活動として，主に実験環境の整備や，先行研究の再現実験，基礎データの取得などを実施した．また，誘電エラストマアクチュエータを翼に適用し，風洞試験を行った．ここでは，アクチュエータを駆動させながらその時の空気力や変形状態や流れ場を観察した．変形状態の計測には，ステレオ視の原理を利用したデジタル画像相関法を用いた．これにより，時々刻々の膜の変形状態を計測することができた．これらの活動を通して最終的に，本研究は従来のモーフィング技術では不可能だった「厚みがなく柔軟な膜翼」のモーフィングに挑む．一般的な厚翼のモーフィングでは，例えば翼内部をコルゲート構造にして変形させる研究等がある．しかし膜翼は翼に厚みがないため，そういった手法は適用できない．一方，薄翼のモーフィングでは，ピエゾ素子等の伸縮アクチュエータを薄板表面に貼って板をたわませる研究があるが，この手法も柔軟膜では機能しない．このように，これまでの翼モーフィング技術は柔軟膜翼には適用できない．対して本研究では，DEAを用いることで柔軟膜翼に対する独自の能動的モーフィング技術を提供する．