異種複合化され協調動作する高分子人工筋の創製と複合物理モデルベースト制御

创建异构的、协调工作的聚合物人工肌肉和基于多物理模型的控制

基本信息

批准号：
22H01428
负责人：
高木賢太郎
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は釣糸人工筋に誘電エラストマなどの刺激応答性高分子材料を組み合わせて複合化し，互いの利点を活かし欠点を補い合うことで，複合化高分子アクチュエータ素子として劇的な性能向上を狙うものである．2022年度は，まず複合化に先立ち，中心となる釣糸人工筋の作製と特性評価を行った．釣糸人工筋の性能を最大化するための作製条件は未だに明らかにされていないため，荷重やヒートセットの条件を変えて，性能を最大化するための作製条件を実験的に明らかにすることを試みた．その結果，釣糸人工筋の性能指標のひとつであるコイルスプリングインデックス（コイル径と繊維径の比）は撚糸時の荷重だけでほとんど決定されることが明らかとなり，実際の駆動試験においても撚糸時の荷重によって変形量が異なることが確認された．この発見により，釣糸人工筋の作製プロセスにおいて撚糸時の荷重設定が重要であることが明らかとなった．本成果は国内学会にて公表した．誘電エラストマアクチュエータについては，アクチュエータ素子の線形弾性だけではなく非線形弾性について推定する手法について検討を進め，国内学会にて公表した．さらに，釣糸人工筋と誘電エラストマの複合化について実験的な検討を進め，初期的な成果が得られた．この内容については2023年度に国内学会にて発表を予定している．他の高分子アクチュエータ材料としてイオン導電性高分子について研究を進め，イオン導電性高分子貴金属複合体センサの支配方程式の厳密解についての手がかりを得た．この成果によって，数値シミュレーションすることなくセンサ特性の本質を明らかにすることが今後期待できる．また，センサの支配方程式は（さらに複雑な）アクチュエータの支配方程式と共通の部分があり，アクチュエータの支配方程式を解く手がかりとなり得るものである．この初期的な成果は国内学会にて公表した．

这项研究旨在通过将人工钓线与人工肌肉与刺激反应性的聚合物材料（例如介电弹性体）结合，并利用其优势并填充缺点，从而显着提高复合聚合物执行元件的性能。 2022年，在复杂化之前，我们首先生产并评估了主要的人造肌肉。由于尚未阐明最大化人造钓鱼弦性能的生产条件，因此我们试图通过改变负载和热量设置条件来实验阐明生产条件，以最大程度地提高性能。结果，很明显，线圈弹簧指数（线圈直径与纤维直径的比率）是人造钓鱼串的性能指标之一，几乎完全取决于扭曲时的载荷，并且已经确认，根据扭曲时的负载，变形量有所不同。这一发现表明，扭曲过程中的负载设置在制造人造钓鱼弦的过程中很重要。这些结果发表在日本学会。关于介电弹性体执行器，我们一直在考虑一种不仅估算执行器元素的线性弹性，而且还估算非线性弹性的方法，并已由日本日本学会发表。此外，对人造钓线肌肉和介电弹性体的组合进行了实验研究，并获得了初步结果。该内容计划在2023年的国内学术会议上介绍。我们一直在研究离子导电聚合物作为其他聚合物执行材料，并获得了有关离子导电聚合物诺布尔金属复合材料传感器管理方程的精确解决方案的线索。将来可以预期这一成就可以阐明传感器特征的本质而没有数值模拟。此外，传感器的管理方程是执行器的管理方程（甚至更复杂）的共同点，可以用作解决执行器的管理方程的线索。这些最初的结果发表在日本社会。