ゲルロボットの研究:機能性高分子材料で構築された連続体の変形と運動の制御

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平成14年度の研究の内容は次の通りである。1)入力周波数変調法によるゲルの曲線形状生成電場応答性高分子ゲルを一様電場中において,基本周期の倍数長で極性を反転することにより,曲率の大きい曲線形状に到達させる手法を提案した.本手法は,一様電場中において,片持ち梁状ゲルが入力を全く切り替えなくても自発的に波状パタンを形成する自己組織化現象を活用するものである.極めて少ない入力切り替え回数(1回-3回)で,曲率が大きく変化する曲線形状を生成することができることを実験的に示した.2)空間分布電場平行移動法による反転運動生成本研究で用いるゲルは,界面活性剤溶液中で平行平板電極の間に一端を固定した状態で配置し,電極に電圧を印加すると陽極側に屈曲する.アレイ状電極装置により生成する2次元空間分布電場でゲルを一括駆動すると,ゲルは相対的に低い電圧の電極に対して凸変形する.この性質を活用して,電圧の組を平行移動すると,ゲルの反転運動を生成できることをシミュレーションおよび実験で明らかにした.同一平面に配置する複数電極のうち,中央の3枚に-10[V]を,残りの電極に10[V]を印加して,空間的分布電場を生成し,中央の電極の真下に短冊形状ゲルを配置する.2つのパラメータ-平行移動前後の印加時間-を変化させ変形運動を調べたところ,目的とする反転運動が様々な方法で実現可能であることが分かった.3)ゲルロボットの巻きつき運動制御実験上述(2)の手法に基づいて目的動作を生成する条件を同定し,触手状ゲルロボットの巻きつき運動制御実験に成功した.右から左に向かって物体を巻きつかせるためには,物体の左から右に向かう水平方向電場を生成し,物体の位置に合わせて電場を平行移動すればよい.直径4[mm]のスペーサを一周巻きつけるのに180[s]を要した.以上を通じ,本手法の有効性を実証した.