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

化学反应驱动的自主机器研究及“化学机电一体化”的提出

• 批准号: 18J22908
• 负责人: 佐藤 匡
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J22908/
• 关键词: 局所渦; 電気流体現象; 局所的渦; 一方向流れの形成; Electrohydrodynamic; 渦; 可視化; FEM解析

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．

今年，我们专注于使用EHD开发化学驱动机制，这对于设计方法“化学机电一体化”的演示实验是必不可少的，该实验不使用机器元素，这是这项研究的主题。将EHD纳入化学机电一体化需要将工作电压降低到可以通过电化学反应产生的电压。为了达到106 V/m的高电场，即EHD的工作条件，在低压下，必须将整个设备小型化。另一方面，设备的小型化增加了墙壁上流量的损失，因此有必要设计它以减少损失。但是，先前的研究尚未详细研究EHD流的发展过程。因此，今年我们调查了从EHD流量到发展的过渡区域。作为一种方法，使用EHD流模型制定了将电场应用于介电流体时产生的体积力的方程，并根据该方程式进行CFD模拟。通过比较流动趋势和典型的流速度来检查模拟结果与实际现象之间的差异。在今年，我们得出了一个方程，该方程可以从EHD流向开发的出现中适应过渡区域。通过使用此方程式，可以设计在EHD设备中考虑流体阻力的设备，到目前为止很难进行优化。该结果不仅有助于实现化学驱动机制，而且有助于使用EHD的软机器人技术领域。

项目成果

電気流体現象を用いた流体制御の研究

利用电液现象进行流体控制的研究

• 发表时间: 2019
• 作者: 赤堀 周平;忍久保 洋;三宅 由寛;佐藤 匡
• 通讯作者: 佐藤 匡

マイクロEHDポンプにおける印加電界の非対称性の研究

微型EHD泵外加电场不对称性的研究

• 发表时间: 2018
• 作者: 赤堀 周平;忍久保 洋;三宅 由寛;佐藤 匡;佐藤 匡;佐藤匡
• 通讯作者: 佐藤匡

非接触可視化手法を用いたElectrohydrodynamiについての研究

非接触可视化方法的电流体动力学研究

• 发表时间: 2019
• 作者: 赤堀 周平;忍久保 洋;三宅 由寛;佐藤 匡;佐藤 匡
• 通讯作者: 佐藤 匡

Study of Low Energy Micro EHD Pump by Designed Electric Field

低能微型EHD泵的设计电场研究

• 发表时间: 2018
• 作者: T. Sato;S. Maeda;Y. Yamanishi
• 通讯作者: Y. Yamanishi