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【特集】進化する人工筋肉の最新動向

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巻頭言
Preface

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軸方向繊維強化型人工筋肉とアシストへの応用
Straight Fiber Type Artificial Muscle and its Application to Assistive Device

　本稿では,人工筋肉アクチュエータのひとつである軸方向繊維強化型人工筋肉について解説する。駆動原理や構造・長所や短所といった基本的な内容に加えて,解析モデルやアシスト装置への応用事例といった最新の情報,また作製方法や材料選定方法など,論文にはあまり書かれない情報についても記載した。

【目次】
1　はじめに
2　軸方向繊維強化型人工筋肉
　2.1　構造と駆動原理
　2.2　収縮力・収縮率特性
　2.3　構造的な特徴
　2.4　モデル
　2.5　製作方法
3　形状とゴム材料特性の影響
　3.1　L/D比
　3.2　変形解析によるL/D比の収縮率と最大ひずみへの影響
　3.3　ゴム材の特性と性能の関係
4　人工筋肉のアシスト装置への応用
　4.1　可変粘弾性アシスト装置Airsist I
　4.2　可変弾性アシスト装置Airsist II
5　まとめ

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ソフトロボティクスにおけるゴム人工筋肉の新たな可能性
New Possibilities for Rubber Artificial Muscles in Soft Robotics
　
人工筋肉は,そのものの柔らかさ,柔らかい動きという点で,ソフトロボット実現のためのソフトアクチュエータとして有望な構成要素といえる。本稿では,ソフトロボット用アクチュエータとしての人工筋肉の新たな可能性について,McKibben型ゴム人工筋肉を用いたソフトロボットへの応用事例,湾曲型人工筋肉への応用,更に制御の新たな試みについて紹介する。

【目次】
1　はじめに
2　ソフトアクチュエータとしての人工筋肉
3　ソフトセンサー
4　McKibben型ゴム人工筋肉
　4.1　McKibben型ゴム人工筋肉の構造
　4.2　McKibben型ゴム人工筋肉の特徴
　4.3　ソフトロボットへの応用事例
　　4.3.1　歩行アシスト装置
　　4.3.2　はつり装置
　　4.3.3　湾曲型ゴム人工筋肉
5　新たな制御の可能性
6　おわりに

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ラバーレス人工筋肉の開発と人の動作支援への応用
Development of Rubber-less Artificial Muscle and its Application to Human Movement Support

　耐久性の向上を目指した,ラバーレス人工筋肉について紹介する。ラバーレス人工筋肉の特徴であるエアバッグの構造と,基礎特性として収縮率や収縮力,伸縮回数についてまとめている。また応用例として農作業向け中腰アシスト装具について概説し,ラバーレス人工筋肉の実用性の確認に向けた取り組みについて紹介する。

【目次】
1　はじめに
2　ラバーレス人工筋肉の基本構造
3　出力特性と耐久性
4　中腰アシスト装具への応用
5　まとめ

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誘電エラストマ(DE)人工筋肉の開発と応用
―0.15 g のDE で8 kg の重りを持ち上げ可能―
Development and Application of Dielectric Elastomer (DE) Artificial Muscle
―0.15g DE can Lift 8kg Weight―

　電気自動車を駆動するモータとして,高速・高出力・高効率誘電エラストマ(DE)が実現可能域に達した。千葉らは,DEアクチュエータの総重量0.94 g(DE の重さ:0.15g)を使用して,88msecの速度で8kg の重量を約1mm上下させることに成功した。DEアクチュエータはアクリルVHB4910と電極材SWCNTを使用した。またこのDEは,センサ(例:尿漏れセンサや医療用センサ)や高効率発電機としても有効で,それらの活用も大いに期待されている。

【目次】
1　始めに
2　誘電エラストマの概要
3　高効率・高出DEアクチュエータ,センサ及び発電システムの開発
4　纏め
　
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導電性高分子ソフトアクチュエータの開発
Development of Conductive Polymer Soft Actuators

　導電性高分子は電気刺激に応答して形状や大きさが可逆的に変化することから,しなやかに動くロボットやソフトアクチュエータ,人工筋肉などへの応用が期待されている。本稿では,ソフトアクチュエータとしての導電性高分子に焦点を当て,基礎から最新動向までを筆者らの研究も交えながら解説する。

【目次】
1　はじめに
2　電気化学アクチュエータ
3　湿度応答性アクチュエータ
4　コンプライアント電極への応用
5　導電性高分子複合体アクチュエータ
6　おわりに

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回転型ナイロン糸人工筋肉アクチュエータの温度推定によるセンサレス角度制御手法について
Sensorless Angle Control of a Rotational-type Twisted Polymeric Fiber Actuator by Temperature Estimation

　本稿では,筆者らが近年行っているナイロン糸人工筋肉アクチュエータの温度推定を用いた角度制御手法について紹介する。アクチュエータ加熱用ヒータの温度変化に伴う抵抗値変化から,間接的にアクチュエータの温度を推定し,推定した温度のフィードバックによるセンサレス回転角度制御について解説する。

【目次】
1　緒言
2　回転型ナイロン糸人工筋肉アクチュエータ
3　1自由度拮抗配置回転モジュール
4　推定温度を用いたフィードバック制御
5　TPFAのモデル化
　5.1　温度⇒角度モデル
　5.2　抵抗値⇒温度モデル
6　提案モデルのパラメータ推定
　6.1　実験環境
　6.2　モデル推定結果
7　回転角度制御実験
　7.1　推定温度フィードバック制御
　7.2　回転角度制御実験
　7.3　実験結果
8　おわりに

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[Material Report-R&D]

消火フィルムの開発
Development of Metal-Hydride Air Secondary Batteries and Improvement of Discharge Characteristics

　火災の熱に反応し消火成分をエアロゾルとして放出する「消火フィルム」を開発した。リチウムイオン二次電池を使用したバッテリーケース内や,配電盤・分電盤・操作盤などの設備の内部に設置しておくことで,万が一,電池の不具合や配電盤の配線ショートにより発火した時,初期消火や延焼抑制に高い効果が期待できる。

【目次】
1　はじめに
2　従来の消火活動について
3　火災と消火のメカニズム
4　消火フィルム
　4.1　製品コンセプト
　4.2　消火メカニズム
　4.3　開発課題
　4.4　屈曲性の改善
　4.5　潮解性対策
　4.6　消火フィルムの諸物性
5　実証試験と用途
　5.1　模擬配電盤での実証試験
　5.2　ゴミ箱での実証試験
　5.3　リチウムイオン二次電池での実証試験
6　おわりに

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[Market Data]

熱可塑性エラストマーの市場動向

1　概要
2　需要動向
3　製品と用途動向
4　メーカー動向
　4.1　スチレン系エラストマーメーカー
　4.2　オレフィン系エラストマーメーカー
　4.3　塩ビ系エラストマーメーカー
　4.4　エステル系エラストマーメーカー
　4.5　ウレタン系エラストマーメーカー
　4.6　アミド系エラストマーメーカー
　4.7　その他のエラストマー

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[Material Profile]

バイオポリウレタン
3-メチル-1,5-ペンタンジオール