化学反応で駆動する自律機械の研究と「ケモメカトロニクス」の提案

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本研究課題である機械要素を用いない設計手法「ケモメカトロニクス」の実証実験に必要なEHDによるケモアクチュエーション機構の開発について本年度では重点的に取り組んだ．EHDをケモメカトロニクスへと組み込むためには，作動電圧を電気化学反応で生成可能な電圧まで下げる必要性がある． EHDの作動条件である106 V/mもの高電界を，低い電圧で達成するためにはデバイス全体の小型化を行わなければならない．一方で，デバイスの小型化を行うと壁面における流れの損失が大きくなるため，損失が小さくなるように設計する必要がある．しかし，先行研究ではEHD流れの発達過程について詳細に調べられていない．そこで，本年度ではEHDの流れの発生から発達するまでの遷移領域について調査を行った．手法としては誘電性流体に電界を印加した際に発生する体積力の式をEHDの流れモデルを使用して定式化し，その式をもとにCFDシミュレーションを行った．そのシミュレーション結果と実現象との差異を流れのトレンド，代表的な流速を比較することによって検討した．そして，本年度ではEHDの流れの発生から発達するまでの遷移領域に適応することのできる式の導出をした．この式を用いることで，今まで最適化設計を行うことが難しかったEHDデバイスにおいて，流体の抗力も考慮したデバイス設計を行うことが可能になる．この結果はケモアクチュエーション機構実現のみならず，EHDを使ったソフトロボティクス分野において寄与する．