新しいものづくりがわかるメディア

RSS


ソフトロボットへの応用も——印刷技術による薄く柔軟なモーターを開発

東京大学大学院情報理工学系研究科の川原圭博准教授らの研究グループは、印刷エレクトロニクス技術を用いることで、薄く柔軟で軽量なモーターを作製することに成功した。科学技術振興機構(JST)のERATO川原万有情報網プロジェクトの一環としての研究で、やわらかく薄い特徴を生かし、ソフトロボットのアクチュエーターとしての応用が期待される技術だ。

印刷エレクトロニクス技術を用いることで実現した薄くやわらかく軽量なモーターの原理の図

今回開発されたモーターは、低温で沸騰する液体が入ったプラスチックフィルムの袋を、導電インク技術を用いて印刷したヒーターで加熱することにより、袋の内部で液体が気化して膨張し、モーターの駆動力を得る仕組みだ。封入する液体には有機溶剤であるアセトンや3M Novec 7000などが使われた。

ヒーターへの加熱を止めると気体は再び液体に変化し、モーターは元の形に戻る。ヒーターへの加熱を電子的に制御することでその動作をさせることが可能となる。また、ヒーターはインクジェットプリンターを用いて厚さ135μmのPETフィルムに銀ナノインクを用いて印刷する。ヒーターだけでなく、配線やタッチセンサー、アンテナなども合わせて印刷することで、モーターと一体化することが可能だ。

今回作製されたモーターは、大きさ80×25mm、重量が約3gと非常に軽量ながら、実験では最大約0.1Nmの回転力(小指程度の曲げ力に相当)を発生させることができ、最大動作角度は90度に達したという。

印刷技術を用いたモーターの作製プロセス

モーターの作製プロセスは、まず、ヒーターとして利用される銀ナノインク回路を市販のインクジェットプリンターで印刷。その際、望む形状と発熱能力に合わせたヒーターのパターンを自動生成できる。次にプラスチックフィルムの袋を作製する。この時、2枚重ねのフィルムをコンピューター制御で熱融着することで自由な形状にできる。その後、袋への液体の封入や接着などを行う。

やわらかなボディを持つ「ソフトロボット」の実現を目指し、硬くて重い電気モーターに代わり空気圧式モーターも提案されているが、電気制御のためにポンプやバルブが別途必要となるなど、小型/軽量化に課題が残されている。やわらかく薄い今回のモーターは、ソフトロボットのアクチュエーターへの応用が期待される。

折り紙ロボットへの応用可能性を示す紙のような形状から自動で立体的に組み上がる箱の例

また、A4サイズ程度のモーターの作製には、数万円以下の安価な装置と数十分程度の作業時間しか要しないため、工業用途だけでなく家庭や学校教育現場などでの活用も可能だ。

同研究グループでは、今回の手法を用いて、虫や植物などの生体を模倣したソフトロボットを試作。また、折り紙ロボットへの応用例として、紙のような形状から自動で立体的に組み上がる箱を作製した。今後は、加熱方式を工夫して、モーターの動作速度や出力の向上に取り組むという。

昆虫の軽量かつやわらかな動作を再現するソフトロボットの応用例を示す蝶々を模した例
植物のやわらかさをもつソフトロボットの応用可能性を示すタッチセンサーとモーターの一体化によって実現したハエトリソウを模した例

関連情報

おすすめ記事

 

コメント

ニュース

編集部のおすすめ

連載・シリーズ

注目のキーワード

もっと見る