柔剛可変可能なダイラタント流体を用いた流体静力学的骨格

使用具有可变灵活性的膨胀流体的静压框架

基本信息

批准号：
21K12001
负责人：
山田泰之
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Hosei University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，身体補助や拡張を目的とした身体装着型デバイスの身体固定方法として，内部圧力が高まった場合のみに骨格構造を形成できる流体静力学的骨格の応用を試みる．この柔剛可変骨格を実現して，装着型アシストデバイスの骨格構造により発生するトレードオフを改善することで身体機能補助・拡張に寄与できるか検討する．具体的には，流体静力学的骨格構造を瞬時に形成させる方法を検証している．本年度は，流体静力学的骨格構造を瞬時に形成するために利用を検討しているダイラタンシー流体の特性把握方法の検討と，特性の実験的検討を行った．ダイラタンシー流体として片栗粉と水の混合液が有名であるが，剪断速度の増加に対し，剪断応力(抗力)が加速度的に増加し，一時的に疑似固体化する．この現象を簡便に実験観察および計測する機器を製作した．また，それを用いて，片栗粉と水を主剤に，それらの分量の調整と，オイルや高分子ポリマ，ガラスビーズなどの他の混合物を加えた場合の特性を実験的に検討した．実験の結果，薄いシート形状でこの，ダイラタンシー流体の特性を利用するためには，粉体成分（片栗粉など）が流動性を持ちつつ沈殿しないようにする溶媒の比重調整が重要であることを見出した．また，システム全体の軽量化のために，ダイラタンシー流体を薄いシート形状とすることと柔剛可変特性のトレードオフがあることも分かった．また，片栗粉を主原料としたダイラタンシー流体は時間が経過すると性能が劣化することも分かり，その抑制の必要性も課題であることを見出した．

在这项研究中，我们将尝试应用静水骨架，只有当内部压力增加作为固定人体脱衣设备以进行身体支撑和膨胀的方法时，才能形成骨骼结构。我们将通过改善可穿戴辅助设备的骨骼结构产生的权衡取舍来研究这种灵活和可变的骨骼是否可以实现，并为身体功能的援助和扩展做出贡献。具体而言，我们正在研究一种瞬时形成静水骨骼结构的方法。今年，我们研究了膨胀流体的特征，这些特征被用来立即形成静水骨架结构，并对其性质进行了实验研究。著名的膨胀液是马铃薯淀粉和水的混合物，但是响应剪切速率的增加，剪切应力（拉动力）迅速增加，并暂时成为模拟的固体。我们制造了一种可以轻松观察并测量这种现象的仪器。使用此过程，我们通过实验研究了使用马铃薯淀粉和水作为主要成分的特性，调整了这些成分并添加其他混合物，例如油，聚合物聚合物和玻璃珠。实验发现，为了利用这种膨胀液的特性，薄板形状很重要，必须调整溶剂的比重，从而确保粉末成分（例如马铃薯淀粉）是液体并且不会沉淀。还发现，膨胀流体的薄板形和柔性刚性变量特性之间存在权衡，以减少系统的整体重量。还发现，随着时间的流逝，用马铃薯淀粉作为主要成分制成的膨胀液的性能会恶化，而抑制这也是一个挑战。