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畿央の学びと研究

冬木特任准教授の発明が特許を取得しました~教育学習基盤センター

2017年4月7日(金)

このたび、教育学習基盤センターの冬木正紀特任准教授の人工筋肉に関する発明により本学園が特許権を取得しました。

この発明は本学が推進している次世代研究開発プロジェクトにおける萌芽的研究の成果であり、人体装着型の医療用ロボットなど次世代型ロボットの核となる人工筋肉の耐使用年数を飛躍的に伸ばす発明です。

 

特許第6108502号

「流体圧式アクチュエータ用弾性体チューブ及びアクチュエータ」

 

冬木先生 特許証

 

冬木特任准教授からのコメント

本発明では耐久性が飛躍的に向上した人工筋肉を発明しました。人工筋肉とはその名の通り人工の筋肉であり、空気等の流体の出し入れにより伸縮するアクチュエータ(駆動装置)です。パワーと軽さしなやかさを兼ね備えた駆動装置であるため、筋力補助用の人体装着型ロボットやロボット義肢など生活の質的向上のための次世代型ロボットの駆動装置として期待されています。

 

 

 

【人工筋肉による重りの上げ下げ】

直径約3cmの人工筋肉に5気圧の空気を供給すると、20kgの重りが筋肉の長さの20%ほど持ち上がります。

 

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(写真左:排気時。右:給気時)

 

 

しかし、従来の人工筋肉は耐久性が低いという欠点があり、それが実用化への大きな課題となっていました。低い耐久性の原因は、人工筋肉が伸縮する際に内部のゴムチューブと外皮のメッシュが擦れてゴムチューブが傷つき破損することでした。そこで、本発明では、内部のゴムチューブの表面に植毛することによる、メッシュとの摩擦を受け流しかつ、ゴムチューブの伸縮にも耐えられる緩衝層の形成に思い至り、静電場を用いた植毛いわゆる静電植毛により高密度の植毛層を備えたゴムチューブおよびそのゴムチューブを組み込んだ人工筋肉を開発しました。

 

 

【開発した人工筋肉内部の模式図】

内部のゴムチューブGの表面に植毛層Fを形成して外皮のメッシュSとの摩擦を受け流します。

Tは空気を給排するターミナルです。

 

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実際に20kgの重りを用いて耐久試験を行ったところ、従来の20倍以上の回数の重りの上げ下げに耐えられることが判明しました。

 

 

【耐久試験後の人工筋肉内部のゴムチューブ】

左が植毛層なし、右が植毛層ありのゴムチューブです。植毛層なしの従来の人工筋肉ではゴムチューブに強く押し付けれられた外皮のメッシュの模様が転写するほどゴムチューブが傷ついていますが、植毛層ありの本発明の人工筋肉では植毛層に守られたゴムチューブに傷跡が見られません。

 

 

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身体動作を補助する装着型ロボットやロボット義肢は、超高齢・人口減少社会において労働、治療、娯楽など生活の様々なシーンの質的向上にとって重要な鍵と位置付けられています。本発明の人工筋肉をこれらのロボットに組み込むことにより、その耐使用年数を飛躍的に伸ばし、ロボットの社会的普及と生活の質的向上に貢献することが期待されます。

 

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