高分子アクチュエータの低電圧駆動化と応用技術

第1部 導電性高分子ソフトアクチュエータの低電圧駆動と人工筋肉への応用

(2017年2月8日 10:00〜11:30)

　パーソナルコンピュータやスマートフォンなど半導体微細加工技術に立脚した情報デバイスは高度に発達し、人工知能による車の自動運転が可能な時代になってきた。 　しかし、生体を模倣するハードウェアの開発は盲点となっており、ロボットの動力源は200年近く前に発明された電磁気学のモータがまだ使われている。 　義手・義足あるいは人間親和性の高い福祉ロボットなどには人工筋肉 (ソフトアクチュエータ) の開発が必須である。 　既に、電気的に活性なポリマー (Electro Active Polymers) によるソフトアクチュエータの研究は世界中で行われているが、半導体デバイスやコンピュータの開発に投じた人材や資本に比べると、微々たるもので本腰を入れた開発は行われていない。 　世界的な視野においてもソフトアクチュエータの研究は、まだブレークスルーに至っていない。 　早急に、多面的な視野から、原理、材料の革新的なブレークスルーをすべく取り組むことで、世界のリーダシップを取ることがまだ可能である。

1. 始めに:未踏の福祉デバイス:ソフトアクチュエータ
2. ソフトアクチュエータの研究動向
3. 各種ソフトアクチュエータの長所と短所
   1. 年ノーベル化学賞となった特異な導電性高分子
4. 導電性高分子の電気化学と酸化・還元による物性変化
5. ソフトアクチュエータの作製と評価方法
6. ソフトアクチュエータの性能向上 (伸縮率、収縮力、サイクル寿命など)
7. 実用化への課題
8. ソフトアクチュエータの新しい動向
9. まとめ
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第2部 高分子電解質膜を用いた低電圧駆動アクチュエータの開発と医療分野での応用

(2017年2月8日 11:40〜13:10)

　電磁モータに代わる新しいアクチュエータは、特殊環境 (強電磁場、高温、水中、真空など) や生体内での応用に期待されている。 　特にソフトアクチュエータと呼ばれる、ゲル、ポリマー、エラストマなどを用いたアクチュエーションが可能であることが示され、これらのアクチュエータは、軽量で任意形状に加工可能であり、その応用が注目されている。 　本講座では、ソフトアクチュエータの動向とともに、演者が研究をしている高分子電解質膜アクチュエータについて、医療応用を中心に概説する。 　生体植込み用アクチュエータを前提としており、生体毒性・生体適合性についても触れ、開発の際の注意点を述べる。

1. 医療とアクチュエータ
   1. ソフトアクチュエータ
   2. ソフトアクチュエータの意義と種類
   3. ソフトアクチュエータの応用
2. 高分子電解質膜とアクチュエータ
   1. 高分子電解質膜の構造
   2. 高分子電解質膜とアクチュエーション
   3. 高分子電解質膜とセンシング
   4. 高分子電解質膜の医療応用
3. ソフトアクチュエータと生体適合性
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第3部 高分子機能性材料のアクチュエータと制御、およびパワーアシストロボットへの応用

(2017年2月8日 13:50〜15:20)

　パワーアシストロボットには、力をアシストする用途と作業をアシストする用途があります。 　また、機構形状によって得手不得手があり、それらの種類と必要な制御の種類を明らかにします。 　パワーアシストロボットへの応用が期待できる、高分子機能性材料を応用したアクチュエータやブレーキについて解説し、その開発例や制御例を紹介します。

1. パワーアシストロボットの構成と必要な制御
   1. パワーアシストロボットの分類
   2. パワーアシストロボットの構成要素と必要な制御
2. ER流体とデバイス
   1. ER流体とは
   2. ER流体を用いたメカトロデバイス
   3. ER流体アクチュエータとパワーアシスト制御
3. ERゲルとデバイス
   1. ERゲルとは
   2. ERゲルを用いたアクチュエータとパワーアシスト制御
   3. ERゲルを用いたブレーキと作業アシストスーツ
• 質疑応答

第4部 PVCゲルアクチュエータの開発とその応用

(2017年2月8日 15:30〜17:00)

　可塑化PVCゲルを用いたソフトアクチュエータの構成法とその特性について述べます。 　数百Vの電圧で生体筋肉と同じような特性を有するソフトアクチュエータで、極めて実用的なアクチュエータを構成することができます。 　積層型構造、シート型構造、織構造などの構造を用いて、様々な形態のアクチュエータを構成することができます。 　このアクチュエータのウェアラブルロボットへの応用例についても述べます。

1. PVCゲルの電気応答性
   1. ゲルの変形挙動と空間電荷密度
   2. PCVゲルの厚さ依存性
   3. インピーダンス特性
2. 積層型PVCゲルアクチュエータ
   1. 成層型アクチュエータの構成
   2. 駆動特性
3. シート型PVCゲルアクチュエータ
   1. シート型アクチュエータの構成と特性
   2. 織構造型アクチュエータの構成と特性
4. PVCゲルアクチュエータの応用
   1. ウェアラブルロボットの開発
   2. その他
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