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钓鱼线人工肌肉与介电弹性体等刺激响应聚合物材料相结合，并通过发挥彼此的优势并弥补彼此的弱点，显着提高复合聚合物致动器元件的性能。 2022年，我们在复合材料构建之前首次制造并评估了主钓线人工肌肉的特性。由于使钓鱼线人工肌肉性能最大化的制造条件尚未明确，因此我们的目标是通过改变我尝试的负载和热定型条件来通过实验明确使性能最大化的制造条件。结果表明，作为鱼线人工肌肉性能指标之一的螺旋弹簧指数（线圈直径与纤维直径之比）几乎仅由扭转时的负载决定，而在实际驱动测试中还发现，螺旋弹簧指数（螺旋直径与纤维直径之比）确认了变形量根据负载而不同。这一发现表明，纱线加捻过程中的负载设置在制造人造鱼线肌肉的过程中非常重要。这一成果是在国内学术会议上公布的。关于介电弹性体致动器，我们研究了一种不仅可以估计致动器元件的线性弹性而且可以估计非线性弹性的方法，并在国内学术会议上宣布了这一点。此外，我们还开展了鱼线人工肌肉与介电弹性体结合的实验研究，并取得了初步成果。我们计划在2023年的国内学术会议上展示这个内容。我们对离子导电聚合物作为其他聚合物致动器材料进行了研究，获得了离子导电聚合物贵金属复合传感器控制方程精确解的线索。我们希望这一结果将有助于在无需数值模拟的情况下阐明传感器特性的本质。此外，传感器的控制方程与执行器的控制方程（更复杂）有一些共同点，可以作为求解执行器的控制方程的线索。这些初步结果在国内学术会议上公布。