ソフトアクチュエータを用いたウェアラブル点字ディスプレイデバイスに関する研究

使用软执行器的可穿戴盲文显示设备的研究

基本信息

批准号：
22KJ1407
负责人：
松田涼佑
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1407/
关键词：
ソフトアクチュエータマイクロ流路ストレッチャブルセンサ

项目摘要

当年度の研究において，申請者は主に二つの研究実績を達成した．まず電源やヒーター，ポンプを含むあらゆる外部機器を排し，ソフトロボット，またはウェアラブルデバイスとして駆動する柔軟なアクチュエータの作製を行った．作製したアクチュエータは人体表面，もしくはその近傍で駆動することを想定し，特に手指機能の一部を代替できる程度の機能性として1 N前後の駆動力を有している．アクチュエータの駆動を外部機器なしに実現させるため，本研究ではマイクロ流路システムを用いたハンドポンプによる輸液システムを採用した．このポンプを用いて化学反応を惹起し，気体を生成することで風船型アクチュエータを駆動させる．これらの技術により，完全に外部電力不要のソフトアクチュエータを作製した．本機構はハンドポンプにより過酸化水素水を輸液し，これを触媒である二酸化マンガンと反応させることで酸素を生成，この酸素で風船を膨張させることで駆動力を得る．また，化学反応部に多孔質樹脂を用いることで液体と触媒の接触面積を増大し，反応効率を高めることに成功した．次に金属コンポジットとイオン液体をゴム材料に混合し，高い伸縮率を維持しつつ，伸長時に導電性が大幅に向上する特殊なゴムコンポジット材料を作製した．絶縁状態においては12 V電圧を用いる電気回路に対して十分な絶縁性を持つ抵抗値として1 MΩ以上，導電状態では回路駆動に必要な電流として10 mA程度を流出可能な1 kΩ以下の電気抵抗を実現した．また伸長比は，ストレッチャブルデバイスの母材として使用されることの多い一般的なゴム材料である天然ゴムやポリウレタンシート類と同等の500～600 %程度を有している．

在本年度的研究中，申请人取得了两个主要的研究结果。首先，我们制造了一个灵活的执行器，该执行器可以作为软机器人或可穿戴设备驱动，从而消除了包括电源，加热器和泵在内的任何外部设备。假定制造的执行器是在人体表面上或附近驱动的，并且具有约1N左右的驱动力，特别功能足以替代部分手指功能。为了使无外部设备的执行器驾驶，本研究采用了使用微流渠道系统的手动泵输液系统。该泵用于诱导化学反应，并产生气体以驱动气球形的执行器。使用这些技术，一个完全不需要外部功率的软执行器。该机制使用手动泵注入过氧化氢水，然后将其与催化剂二氧化碳反应，以产生氧气，并用该氧气扩展气球以获得驱动力。此外，通过在化学反应部分中使用多孔树脂，液体和催化剂之间的接触面积增加，并且反应效率成功提高。接下来，将金属复合材料和离子液体混合到橡胶材料中，以创建一种特殊的橡胶复合材料，该材料保持高弹性并显着提高拉伸过程中的电导率。在孤立的状态下，电阻值为1MΩ或更多，它使用12 V电压具有足够的电路绝缘，在导电状态下，电阻为1kΩ或更小，这使驱动电路所需的电流大约10 mA。扩展比约为500-600％，相当于天然橡胶和聚氨酯板的扩展比，这些橡胶和聚氨酯片是常见的橡胶材料，通常用作可伸缩设备的基础材料。