JP2003039371A - Actuator, drive using it, robot, and flapping mobile device - Google Patents

Actuator, drive using it, robot, and flapping mobile device

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JP2003039371A
JP2003039371A JP2001229446A JP2001229446A JP2003039371A JP 2003039371 A JP2003039371 A JP 2003039371A JP 2001229446 A JP2001229446 A JP 2001229446A JP 2001229446 A JP2001229446 A JP 2001229446A JP 2003039371 A JP2003039371 A JP 2003039371A
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actuator
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organic polymer
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圭太 原
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将樹 濱本
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佳似 太田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator improved for realizing a microscopic robot or a lightweight robot. SOLUTION: The actuator includes a transmitting part and a driving part for driving the transmitting part. The driving part is formed of a gel 11 of an organic polymer layer which mechanically expands and contracts depending on controlled variables, and the transmitting part is formed of supports 12 and 13 supporting the gel 11. During drive, an infrared ray 15 is applied to the surfaces of the supports 12 and 13 which do not make contact with the gel 11. With the application of the infrared ray, the temperature of the supports 12 and 13 rises and this temperature rise is transmitted to the gel 11 which makes contact with the sides opposite to the application. The temperature rise causes a phase transfer of the gel 11, changing its nature from hydrophilic to hydrophobic properties and causing the gel to release moisture absorbed and contained, resulting in a reduction of its volume and contraction from its initial swollen state. The contraction of the gel 11 causes the supports 12 and 13 to bend in the direction of the gel 11, putting the actuator into operation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、一般にアクチュ
エータに関するものであり、より特定的には、微小なロ
ボット、軽いロボットが実現できるように改良されたア
クチュエータに関する。この発明は、また、そのような
アクチュエータを用いた駆動体、ロボットおよび羽ばた
き移動装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to an actuator, and more particularly, to an actuator improved so that a micro robot or a light robot can be realized. The present invention also relates to a driving body, a robot, and a fluttering movement device using such an actuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】特開平5−123992号公報には、表
面波型の超音波振動を利用してロータを2軸方向に動か
す自在関節型の表面波マニピュレータに関する技術が開
示されている。また、特開平10−94275号公報に
は、圧電素子を用いて超音波振動を発生させ、この高周
波振動により回転子を回転駆動するようにした多方向回
転駆動型超音波モータ装置に関する技術が開示されてい
る。
2. Description of the Related Art Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 5-123992 discloses a technique relating to a universal joint type surface wave manipulator that moves a rotor in two axial directions by utilizing surface wave type ultrasonic vibrations. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-94275 discloses a technique relating to a multi-direction rotary drive type ultrasonic motor device in which ultrasonic vibration is generated by using a piezoelectric element and the rotor is rotationally driven by this high frequency vibration. Has been done.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平5−123992号公報、特開平10−94275
号公報に記載された構成では、図6に示すように、ステ
ータ、圧電素子、分極電極等を湾曲する曲面構造にする
必要があり、製造が非常に困難である。
However, the above-mentioned JP-A-5-123992 and JP-A-10-94275.
In the configuration described in the publication, as shown in FIG. 6, it is necessary to have a curved surface structure in which the stator, the piezoelectric element, the polarized electrode, etc. are curved, and it is very difficult to manufacture.

【0004】また、この機能を1次方向のユニットで実
現する場合、各軸に対応する2個あるいは3個のモータ
を用いる必要がある。あるいは、モータ1個を用いて、
その回転力をクラッチやギアで駆動力の方向を切換え
て、駆動体を2軸、3軸方向へ駆動する必要がある。そ
のため、駆動機構が複雑となり、駆動部の重量が大きく
なり、装置の省スペース化や低コスト化を困難にすると
いう欠点があった。
When this function is implemented by a unit in the primary direction, it is necessary to use two or three motors corresponding to each axis. Alternatively, using one motor,
It is necessary to switch the direction of the rotational force with a clutch or a gear to drive the driving body in the biaxial or triaxial directions. Therefore, there is a drawback that the driving mechanism becomes complicated, the weight of the driving portion becomes large, and it becomes difficult to save space and reduce the cost of the device.

【0005】ロボットのアクチュエータなどに使われて
いる動力は、モータであり、個々の関節に相当する支点
部分にモータを取付ける必要があることから、消費電力
が大きくなる欠点がある。
The power used for the actuators of the robot is a motor, and it is necessary to mount the motor on a fulcrum portion corresponding to each joint, so that there is a drawback that power consumption becomes large.

【0006】また、複雑な働きをするためには、アクチ
ュエータおよびモータの数が増える。その結果、電池や
モータによる重量も大きくなり、微小なロボット、軽い
ロボットができなかった。
In addition, the number of actuators and motors increases in order to perform complicated functions. As a result, the weight of the battery and motor also increased, and it was not possible to make a micro robot or a light robot.

【0007】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、微小なロボットおよび軽いロ
ボットを実現することができるように改良されたアクチ
ュエータを提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an actuator improved so as to realize a minute robot and a light robot.

【0008】この発明は、そのようなアクチュエータを
用いる駆動体を提供することにある。
The present invention is to provide a driving body using such an actuator.

【0009】この発明のさらに他の目的は、そのような
アクチュエータを具備するロボットを提供することにあ
る。
Still another object of the present invention is to provide a robot equipped with such an actuator.

【0010】この発明のさらに他の目的は、そのような
アクチュエータを具備する羽ばたき移動装置を提供する
ことにある。
Still another object of the present invention is to provide a fluttering moving device provided with such an actuator.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の局面に
従うアクチュエータは、外部に変位、力を伝達する伝達
部と、該伝達部を駆動する駆動部とを備えたアクチュエ
ータに係る。そして、上記駆動部を、制御量により機械
的伸縮をする有機高分子層で形成し、上記伝達部を、上
記有機高分子層を支持する支持体で形成することを特徴
とする。
An actuator according to a first aspect of the present invention relates to an actuator having a transmission portion for transmitting displacement and force to the outside and a drive portion for driving the transmission portion. The drive unit is formed of an organic polymer layer that mechanically expands and contracts according to a controlled amount, and the transmission unit is formed of a support that supports the organic polymer layer.

【0012】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記有機高分子層は、ポリ(N−イソプロピルアクリルア
ミド)と水を含むポリマーゲル層である。
According to a preferred embodiment of the present invention, the organic polymer layer is a polymer gel layer containing poly (N-isopropylacrylamide) and water.

【0013】また、上記有機高分子層は、ポリ(N−イ
ソプロピルアクリルアミド)と水を含むポリマーゲル
と、シリカゲルとが、分子状で分散したハイブリッド材
料層であってもよい。
The organic polymer layer may be a hybrid material layer in which a polymer gel containing poly (N-isopropylacrylamide) and water and silica gel are molecularly dispersed.

【0014】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記ポリマーゲル層の厚みは1mm以下であり、上記支持
体はシート状の数百μmの厚みのシリコン膜であり、上
記ポリマーゲル層は上記支持体上に粘着保持されてお
り、上記ポリマーゲルの、温度による、相転移を利用し
た温度制御で動作するものである。
According to a preferred embodiment of the present invention, the polymer gel layer has a thickness of 1 mm or less, the support is a sheet-like silicon film having a thickness of several hundred μm, and the polymer gel layer is the support. It is adhered and held on the body, and operates by temperature control of the above-mentioned polymer gel utilizing temperature and phase transition.

【0015】この発明の第2の局面に従うアクチュエー
タは、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)と水を
含むポリマーゲルで形成され、1mm以下の厚みを有す
る有機高分子層を備える。上記有機高分子層を支持体が
支持している。上記有機高分子層と上記支持体を、チュ
ーブが収容している。上記支持体は、上記チューブ内の
空間を複数の部分に仕切っている。仕切られた上記空間
内に、制御用の液体または気体が導入されている。
The actuator according to the second aspect of the present invention includes an organic polymer layer formed of a polymer gel containing poly (N-isopropylacrylamide) and water and having a thickness of 1 mm or less. A support supports the organic polymer layer. A tube contains the organic polymer layer and the support. The support divides the space inside the tube into a plurality of parts. A liquid or gas for control is introduced into the partitioned space.

【0016】この発明の第3の局面に従うアクチュエー
タは、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)と水を
含むポリマーゲルと、シリカゲルとが、分子状で分散し
たハイブリッド材料で形成され、1mm以下の厚みを有
する有機高分子層を備える。上記有機高分子層を支持体
が支持している。上記有機高分子層と上記支持体を、チ
ューブが収容している。上記支持体は、上記チューブ内
の空間を複数の部分に仕切っている。仕切られた上記空
間内に制御用の液体または気体が導入されている。
An actuator according to a third aspect of the present invention is formed of a hybrid material in which a polymer gel containing poly (N-isopropylacrylamide) and water and silica gel are dispersed in a molecular form and has a thickness of 1 mm or less. An organic polymer layer is provided. A support supports the organic polymer layer. A tube contains the organic polymer layer and the support. The support divides the space inside the tube into a plurality of parts. A control liquid or gas is introduced into the partitioned space.

【0017】この発明の第4の局面に従う駆動体は、上
記アクチュエータを具備することを特徴とする。
A drive body according to a fourth aspect of the present invention is characterized by including the above actuator.

【0018】この発明の第5の局面に従うロボットは、
上記アクチュエータを具備することを特徴とする。
A robot according to the fifth aspect of the present invention is
It is characterized by comprising the above-mentioned actuator.

【0019】この発明の第6の局面に従う羽ばたき移動
装置は、上記アクチュエータを具備することを特徴とす
る。
A fluttering movement device according to a sixth aspect of the present invention is characterized by including the above-mentioned actuator.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】実施の形態1 実施の形態1について、図1に基づいて説明すれば、以
下のとおりである。
First Embodiment The first embodiment will be described below with reference to FIG.

【0022】適当に架橋したポリマーと、このポリマー
に適合した液媒体により形成したポリマーゲルは、熱の
作用により相転移現象を生じる。ポリマーゲルに局所的
に熱を付与すると、その加熱部分においてポリマーゲル
は急激な相分離を生じる。ポリマーゲルが親水性ポリマ
ーゲルである場合には、加熱部分のみが相対的に疎水性
に変化する。また、短時間の冷却で加熱された部分は親
水性に戻る。
A polymer gel formed by an appropriately crosslinked polymer and a liquid medium compatible with the polymer undergoes a phase transition phenomenon by the action of heat. When heat is locally applied to the polymer gel, the polymer gel undergoes rapid phase separation in its heated portion. When the polymer gel is a hydrophilic polymer gel, only the heated portion becomes relatively hydrophobic. In addition, the portion heated by cooling for a short time becomes hydrophilic.

【0023】ポリマーゲルが疎水性のポリマーゲルであ
る場合には、逆に加熱部分のみが相対的に親水性に変化
する。また、短時間の冷却で加熱された部分は疎水性に
戻る。上記ポリマーゲルは、有機溶剤または水には、い
くらでも溶解するわけではなく、吸収包含して体積変化
する。
When the polymer gel is a hydrophobic polymer gel, conversely, only the heated portion becomes relatively hydrophilic. In addition, the portion heated by cooling for a short time returns to hydrophobic. The polymer gel does not dissolve in an organic solvent or water to any extent, but absorbs and absorbs to change its volume.

【0024】上記の架橋ポリマーの例としては、ポリプ
ロピレン等のアルケン類、ポリイソプレン等のポリジエ
ン類、ポリアクリルアミド等のビニル類、ポリスチレン
等のスチレン類、他ポリエーテル類、ポリイミド類、ポ
リエステル類、ポリアミド類などであり、溶剤にいくら
でも溶解するわけではなく、溶剤を吸収包含してゲルを
形成する。
Examples of the above crosslinked polymers include alkenes such as polypropylene, polydienes such as polyisoprene, vinyls such as polyacrylamide, styrenes such as polystyrene, other polyethers, polyimides, polyesters and polyamides. It does not dissolve in a solvent at all, and absorbs and incorporates a solvent to form a gel.

【0025】ポリマーゲルを作るために使われる溶剤の
例としては、水、エタノール、メタノール、アセトン、
シクロヘキサン、ベンゼン、蟻酸エステル、酢酸エチ
ル、アミド類、あるいはアンモニウム、ヨウ素、グルコ
ースなどの溶液がある。
Examples of solvents used to make the polymer gel include water, ethanol, methanol, acetone,
Cyclohexane, benzene, formate ester, ethyl acetate, amides, or solutions of ammonium, iodine, glucose, etc. are available.

【0026】本発明で使用する有機ポリマーゲルは、上
記の架橋ポリマーと溶剤の組合せによりできるが、でき
たゲルが、熱の作用により相転移を生じ、その溶液に対
する親水性、疎水性が変化するものであれば、いずれの
ものでもよい。
The organic polymer gel used in the present invention can be formed by a combination of the above-mentioned cross-linked polymer and a solvent. The gel thus produced undergoes phase transition by the action of heat, and its hydrophilicity and hydrophobicity to the solution change. Any one may be used as long as it is one.

【0027】本発明に最も適しているポリマーゲルは、
親水性の架橋ポリマーであるポリアクリルアミド系ポリ
マー、特にポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)と
水とによりできるポリマーゲルである。この架橋ポリア
クリルアミドと水からなる有機ポリマーゲルは、熱の有
無により、相転移と非相転移が可逆的に起こり、その温
度は35℃前後の温度以上で起こり、熱に対する反応性
が敏感である。つまり人の体温付近でも容易に制御する
ことができる。ポリマーゲルを薄い膜、層として用いる
場合の支持体としては、テープ状、シート状、フィルム
状、ドラム状であればいずれの材料であってもよいが、
熱伝導性、耐熱性、加工性等からアルミニウム金属膜、
シリコン膜などが好適である。
The polymer gel most suitable for the present invention is
It is a polyacrylamide polymer which is a hydrophilic cross-linked polymer, particularly a polymer gel formed by poly (N-isopropylacrylamide) and water. The organic polymer gel composed of this crosslinked polyacrylamide and water reversibly undergoes a phase transition and a non-phase transition depending on the presence or absence of heat, and the temperature thereof is about 35 ° C. or higher, and its reactivity to heat is sensitive. . That is, it can be easily controlled even near the human body temperature. As the support when the polymer gel is used as a thin film or layer, any material may be used as long as it has a tape shape, a sheet shape, a film shape, or a drum shape.
Aluminum metal film due to its thermal conductivity, heat resistance, workability, etc.
A silicon film or the like is suitable.

【0028】この支持体に、熱源を照射することによ
り、照射された部分の温度が上昇し、ポリマーゲル層は
相転移を生じて疎水性→親水性あるいは親水性→疎水性
に性質が変化する。温度が元に戻ると、短時間で元の状
態に戻るため、逆に、親水性→疎水性あるいは疎水性→
親水性と可逆的に性質が変化する。また、何回でも繰返
し使用することができる。熱源としては、赤外線、可視
光、磁力線、レーザ光線、電子線、液体(高温)、気体
(高温)等が考えられる。
By irradiating the support with a heat source, the temperature of the irradiated portion rises, and the polymer gel layer undergoes a phase transition to change its properties from hydrophobic to hydrophilic or from hydrophilic to hydrophobic. . When the temperature returns to its original value, it will return to the original state in a short time, so conversely, hydrophilicity → hydrophobicity or hydrophobicity →
The property changes reversibly with hydrophilicity. Further, it can be used repeatedly as many times as desired. As the heat source, infrared rays, visible light, magnetic force lines, laser beams, electron beams, liquid (high temperature), gas (high temperature), etc. can be considered.

【0029】ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)
と水からできるポリマーゲルの1mm以下の層11を、
シート状の数百μmのシリコン膜の支持体12,13上
で粘着保持する。このとき、支持体12,13は、関節
部14に保持されている。ただし、関節部14は、必ず
しも必要ではなく、支持体12あるいは支持体13の一
方だけであってもよい。35℃以下の常温では、ポリ
(N−イソプロピルアクリルアミド)のゲル11は、親
水性である。
Poly (N-isopropylacrylamide)
And a layer 11 of 1 mm or less of a polymer gel made of water and
Adhesion is held on the supports 12 and 13 of a sheet-like silicon film having a thickness of several hundred μm. At this time, the supports 12 and 13 are held by the joint portion 14. However, the joint portion 14 is not always necessary, and may be only one of the support 12 and the support 13. At room temperature of 35 ° C. or lower, the poly (N-isopropylacrylamide) gel 11 is hydrophilic.

【0030】駆動時には、赤外線、可視光、レーザ光あ
るいは電子線15をポリ(N−イソプロピルアクリルア
ミド)のゲルが接していない面のシリコン膜の支持体1
2,13に照射する。
At the time of driving, the support 1 of the silicon film on the surface where the poly (N-isopropylacrylamide) gel is not in contact with infrared rays, visible light, laser light or electron beam 15
Irradiate 2 and 13.

【0031】照射されたことにより、支持体12,13
の温度が上昇し、照射とは反対面で接しているポリ(N
−イソプロピルアクリルアミド)のゲル11に温度上昇
が伝わる。温度が上昇することにより、ポリ(N−イソ
プロピルアクリルアミド)のゲル11は相転移を生じ、
親水性→疎水性に性質が変化する。疎水性に性質が変化
することにより、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミ
ド)のゲル11は、吸収包含していた水分を放出する。
水分を放出することにより、体積が減少することにな
り、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)のゲル1
1は、初期の膨潤していたときに比べ、縮むことにな
る。ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)のゲル1
1の層が縮むことにより、粘着保持していた数百μmの
シリコン膜の支持体12,13が、ポリ(N−イソプロ
ピルアクリルアミド)のゲル11の層の方向に曲がり、
アクチュエータとして働くことになる。このとき、関節
部14があると、より容易に、シリコン膜の支持体1
2,13は、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)
のゲル11の層の方向に曲がることになる。
By being irradiated, the supports 12, 13
Temperature rises and the poly (N
-The temperature rise is transmitted to the gel 11 of (isopropylacrylamide). As the temperature rises, the poly (N-isopropylacrylamide) gel 11 undergoes a phase transition,
The property changes from hydrophilic to hydrophobic. As the property changes to hydrophobic, the poly (N-isopropylacrylamide) gel 11 absorbs and absorbs the released water.
By releasing water, the volume is reduced, and poly (N-isopropylacrylamide) gel 1 is used.
1 will shrink compared to when it was initially swollen. Poly (N-isopropylacrylamide) gel 1
When the layer 1 is shrunk, the supports 12 and 13 of the silicon film having a thickness of several hundred μm, which have been adhesively held, bend toward the layer of the gel 11 of poly (N-isopropylacrylamide),
It will act as an actuator. At this time, the presence of the joint portion 14 makes it easier to support the silicon film support 1
2 and 13 are poly (N-isopropylacrylamide)
The gel 11 will bend in the direction of the layer.

【0032】これを羽ばたき移動装置に利用する場合に
は、シリコン膜の支持体12,13が羽根に相当する部
分になり、関節部14は、昆虫や鳥などの動態部分に相
当する。ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)のゲ
ル11は、支持体12,13に粘着し、ポリ(N−イソ
プロピルアクリルアミド)のゲル11と反対側の支持体
12,13の面から、紫外線、可視光、レーザ、電子
線、あるいは磁場等を断続的に照射することにより、ポ
リ(N−イソプロピルアクリルアミド)のゲル11の層
の方向に曲がり、羽根に相当する支持体12,13を動
かすことになる。なお、赤外線、可視光、レーザ、電子
線、あるいは磁場等は、直接、ポリ(N−イソプロピル
アクリルアミド)のゲル11の面から照射してもよい。
When this is used in a fluttering moving device, the silicon film supports 12 and 13 become the portions corresponding to the wings, and the joint portion 14 corresponds to the dynamic portion such as insects and birds. The gel 11 of poly (N-isopropylacrylamide) adheres to the supports 12 and 13, and ultraviolet rays, visible light, laser light are applied from the surface of the supports 12 and 13 opposite to the gel 11 of poly (N-isopropylacrylamide). By intermittently irradiating with an electron beam, a magnetic field, or the like, it bends in the direction of the layer of the poly (N-isopropylacrylamide) gel 11 and moves the supports 12 and 13 corresponding to the blades. Infrared rays, visible light, laser, electron beam, magnetic field, etc. may be directly irradiated from the surface of the gel 11 of poly (N-isopropylacrylamide).

【0033】この反応は可逆反応であるため、温度が元
に戻れば、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)の
ゲル11は親水性の性質に戻るため、水分を吸収し、元
の長さに戻る。
Since this reaction is a reversible reaction, when the temperature returns to its original value, the poly (N-isopropylacrylamide) gel 11 returns to the hydrophilic property, absorbs water and returns to the original length.

【0034】その結果、羽根に相当するシリコン膜の支
持体12,13も元の位置に戻る。戻れば、次の周期の
羽ばたきをするために、赤外線、可視光、レーザ、電子
線あるいは磁気を照射する。
As a result, the silicon film supports 12 and 13 corresponding to the blades also return to their original positions. When it returns, infrared, visible light, laser, electron beam, or magnetism is applied for flapping in the next cycle.

【0035】実施の形態2 実施の形態2について、図2、図3に基づいて説明すれ
ば以下のとおりである。
Second Embodiment The second embodiment will be described below with reference to FIGS. 2 and 3.

【0036】ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)
と水からできるポリマーゲルの1mm以下の層が21,
22と2層あり、その間のシート状の数百μmのシリコ
ン膜の支持体23,24で粘着保持している。このと
き、支持体23の中心部分にある関節部25に保持され
ている。ただし、関節部25は、必ずしも必要ではな
い。
Poly (N-isopropylacrylamide)
21, a layer of polymer gel less than 1 mm made of water and water,
22 and two layers, and a sheet-like support 23, 24 of a silicon film having a thickness of several hundreds of μm is used for adhesion and holding. At this time, it is held by the joint portion 25 at the center of the support body 23. However, the joint portion 25 is not always necessary.

【0037】駆動時には曲げたい方向のポリマーゲル2
1あるいは22に赤外線、可視光、レーザ光あるいは電
子線等26を照射する。照射されたことにより、ポリ
(N−イソプロピルアクリルアミド)のゲル21あるい
は22は温度が上昇する。温度が上昇することにより、
ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)のゲル21あ
るいは22は相転移を生じ、親水性→疎水性に性質が変
化する。疎水性に性質が変化することにより、ポリ(N
−イソプロピルアクリルアミド)のゲル21あるいは2
2は、吸収包含していた水分を放出する。水分を放出す
ることにより、体積が減少することになり、ポリ(N−
イソプロピルアクリルアミド)のゲル21または22
は、初期の膨潤していたときに比べ、縮むことになる。
ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)のゲル21ま
たは22の層が縮むことにより、粘着保持していた数百
μmのシリコン膜の支持体23,24が照射された方向
に曲がる。
Polymer gel 2 in the desired bending direction when driven
1 or 22 is irradiated with infrared rays, visible light, laser light, electron beam or the like 26. Due to the irradiation, the temperature of the gel 21 or 22 of poly (N-isopropylacrylamide) rises. As the temperature rises,
The gel 21 or 22 of poly (N-isopropylacrylamide) undergoes a phase transition and its properties change from hydrophilic to hydrophobic. By changing the property to hydrophobic, poly (N
-Isopropylacrylamide gel 21 or 2
2 releases the absorbed water. By releasing water, the volume will decrease, and poly (N-
Isopropylacrylamide) gel 21 or 22
Will shrink compared to when it was initially swollen.
When the layer of the gel 21 or 22 of poly (N-isopropylacrylamide) is shrunk, the supports 23 and 24 of the silicon film having a thickness of several hundreds of μm, which have been adhesively held, are bent in the irradiation direction.

【0038】このとき、関節25があると、より容易に
シリコン膜の支持体23,24が曲がることになる。ま
たこのとき、曲げ方向ではないポリマーゲル21あるい
は22に対しては、通常室温の空気27を見つけること
ができれば好都合である。室温の空気27の温度が、3
0℃以下の場合には、ポリ(N−イソプロピルアクリル
アミド)のゲル21あるいは22の温度が下降し、ポリ
(N−イソプロピルアクリルアミド)のゲル21あるい
は22は相転移を生じ、疎水性→親水性に性質が変化す
る。親水性に性質が変化することにより、ポリ(N−イ
ソプロピルアクリルアミド)のゲル21あるいは22は
水分を吸収し、膨潤する。よって、上記の曲げ方向を妨
げない方向に動く。
At this time, if the joint 25 is provided, the silicon film supports 23 and 24 are bent more easily. Further, at this time, it is convenient if the air 27 at room temperature can be normally found for the polymer gel 21 or 22 which is not in the bending direction. The temperature of the air 27 at room temperature is 3
When the temperature is 0 ° C or lower, the temperature of the gel 21 or 22 of poly (N-isopropylacrylamide) is lowered, and the gel 21 or 22 of poly (N-isopropylacrylamide) undergoes a phase transition to become hydrophobic → hydrophilic. The nature changes. As the property changes to hydrophilic, the poly (N-isopropylacrylamide) gel 21 or 22 absorbs water and swells. Therefore, it moves in a direction that does not interfere with the bending direction.

【0039】本実施の形態においては、ポリ(N−イソ
プロピルアクリルアミド)のゲル層を2層で示したが、
支持体の膜を多く作ることにより、4層、6層などの多
層構造にしてもよい。
In this embodiment, the gel layer of poly (N-isopropylacrylamide) is shown as two layers.
A multi-layer structure such as four layers or six layers may be formed by forming a large number of support films.

【0040】本発明に係るアクチュエータをロボットに
利用する場合、関節25は必須の構成要素となる。支持
体23,24が、上脚または下脚に相当し、ポリ(N−
イソプロピルアクリルアミド)のゲル21または22の
層が生体の筋肉に相当する。ポリ(N−イソプロピルア
クリルアミド)のゲル21と22の層は、逆の位相で、
動く必要があるため、ゲル21に照射し温度を上げるヒ
ータ28と、ゲル22に照射し温度を上げるヒータ29
のオン時間は、必ず逆位相になり、曲げたい方向のゲル
に照射するヒータ28あるいは29のみがオンになる。
ヒータがオンになったポリ(N−イソプロピルアクリル
アミド)のゲルの温度が上昇し、相転移を生じ、親水性
→疎水性に性質が変化し、吸収包含していた水分を放出
し、体積が減少することになり、ポリ(N−イソプロピ
ルアクリルアミド)のゲル21または22は縮むことに
なり、これが接する支持体23あるいは24が曲がるこ
とになる。
When the actuator according to the present invention is used in a robot, the joint 25 is an essential component. The supports 23 and 24 correspond to the upper leg or the lower leg, and are made of poly (N-
The layer of gel 21 or 22 of isopropylacrylamide corresponds to the muscle of a living body. The layers of poly (N-isopropylacrylamide) gels 21 and 22 are in opposite phase,
Since it needs to move, a heater 28 that irradiates the gel 21 to raise the temperature and a heater 29 that irradiates the gel 22 to raise the temperature
The on-time of is always in the opposite phase, and only the heater 28 or 29 for irradiating the gel in the desired bending direction is turned on.
The temperature of the gel of poly (N-isopropylacrylamide) with the heater turned on rises, a phase transition occurs, the property changes from hydrophilic to hydrophobic, the absorbed water is released, and the volume decreases. As a result, the poly (N-isopropylacrylamide) gel 21 or 22 contracts, and the support 23 or 24 with which it comes into contact bends.

【0041】本発明に係るアクチュエータをピンセッ
ト、鉗子、メス等の駆動体の本体の先端部に接続し、微
妙に動かせたい方向のアクチュエータをサーマルヘッド
や指で温めることにより、ポリ(N−イソプロピルアク
リルアミド)のゲルが相転移を生じ、水分を放出するこ
とにより縮む。よって温めた方向に微小かつ容易に動く
ことになる。
The actuator according to the present invention is connected to the tip of the main body of the driving body such as tweezers, forceps, and a scalpel, and the actuator in the direction to be delicately moved is heated by a thermal head or a finger, so that poly (N-isopropylacrylamide) The gel of 1) undergoes a phase transition and shrinks by releasing water. Therefore, it will move minutely and easily in the warmed direction.

【0042】実施の形態3 実施の形態3について、図4および図5に基づいて説明
すれば、以下のとおりである。
Third Embodiment The third embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 and 5.

【0043】図4を参照して、ポリ(N−イソプロピル
アクリルアミド)と水からできるポリマーゲルの1mm
以下の層が31,32と2層あり、シート状の数百μm
のシリコン膜の支持体33で粘着保持している。
Referring to FIG. 4, 1 mm of a polymer gel made of poly (N-isopropylacrylamide) and water.
The following layers are 31 and 32, and there are 2 layers.
It is adhered and held by the support 33 of the silicon film.

【0044】図5に示すように、シート状の数百μmの
シリコン膜の支持体33が真中で仕切る形で、1mm以
下のポリマーゲルの層31,32と数百μmの支持体3
3を、チューブ34で覆い被せる。このとき、チューブ
の材質としては、シリコンゴム、塩化ビニールなどが適
している。
As shown in FIG. 5, a sheet-shaped support 33 of a silicon film of several hundred μm is partitioned in the center, and polymer gel layers 31 and 32 of 1 mm or less and a support 3 of several hundred μm.
3 is covered with the tube 34. At this time, silicone rubber, vinyl chloride, or the like is suitable as the material of the tube.

【0045】支持体で仕切られたチューブ内の2個の空
間に、温度が違う液体、気体を流し込む。具体的には、
空間36が曲げたい方向ならば、曲げ方向の空間36
に、40℃以上の液体または気体を流し込み、曲げ方向
でないもう一方の空間35には、30℃以下の流体また
は気体を流し込む。
Liquid and gas having different temperatures are poured into two spaces in the tube partitioned by the support. In particular,
If the space 36 is in the desired bending direction, the space 36 in the bending direction
A liquid or gas of 40 ° C. or higher is poured into the chamber, and a fluid or gas of 30 ° C. or lower is poured into the other space 35 that is not in the bending direction.

【0046】30℃以上の液体または気体が流し込まれ
た空間36内で、高温の気体、または液体に接するポリ
(N−イソプロピルアクリルアミド)のゲルが相転移を
生じ、親水性→疎水性に性質が変化し、吸収包含してい
た水分を放出し、体積が減少する。その結果、ポリ(N
−イソプロピルアクリルアミド)のゲル31は、縮むこ
とになり、シリコンゴムチューブまたは塩化ビニールの
チューブは空間36方向に曲がることになる。一方、3
0℃以下の液体または気体を流し込まれた空間35内の
ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)のゲルは、親
水性のままであるため縮まない。
In the space 36 in which a liquid or gas of 30 ° C. or higher is poured, the poly (N-isopropylacrylamide) gel in contact with the high temperature gas or liquid undergoes a phase transition and has a property of hydrophilicity → hydrophobicity. It changes, absorbs and releases the contained water, and decreases in volume. As a result, poly (N
-Isopropylacrylamide gel 31 will shrink and the silicone rubber tube or vinyl chloride tube will bend in the direction of space 36. On the other hand, 3
The gel of poly (N-isopropylacrylamide) in the space 35 into which the liquid or gas at 0 ° C. or lower is poured does not shrink because it remains hydrophilic.

【0047】本実施の形態においては、チューブ34内
をシリコンの支持体で、2空間に区切ったが、支持体に
よる仕切り板を多く作り、4室、6室などの多室構成で
あってもよい。多室構成にすることにより、より細かい
方向への制御が可能になる。
In the present embodiment, the inside of the tube 34 is divided into two spaces by a silicon support, but a large number of partition plates are used to form a multi-chamber structure such as four or six chambers. Good. The multi-chamber configuration enables control in a finer direction.

【0048】本発明に係る構造のアクチュエータを光フ
ァイバの導入管、センサ、吸入管等の駆動体の本体の先
端部に接続することにより、汚れや細菌による感染を防
ぎながら目的位置への投入を図ることができ、目的位置
に対するその微妙な動きに対しても、容易に、安全に行
なうことができる。
By connecting the actuator having the structure according to the present invention to the tip of the main body of the driving body such as the optical fiber introducing tube, the sensor, the suction tube, etc., it can be inserted into the target position while preventing dirt and infection by bacteria. This makes it possible to easily and safely perform the delicate movement with respect to the target position.

【0049】上記の実施の形態において、アクチュエー
タの動きの速度、力の強さの大きさ等の制御は、ポリマ
ーゲルの層の厚み、シリコン膜の支持体の厚み、赤外
線、可視光、レーザ光あるいは電子線、磁気の強さ、照
射面積、照射時間、サーマルヘッドのオン時間、接触面
積、気体や液体の温度により、細かな制御が可能であ
る。
In the above embodiment, the speed of movement of the actuator, the magnitude of the strength of force, etc. are controlled by controlling the thickness of the polymer gel layer, the thickness of the silicon film support, infrared rays, visible light, and laser light. Alternatively, fine control can be performed by the electron beam, magnetic strength, irradiation area, irradiation time, thermal head on time, contact area, and gas or liquid temperature.

【0050】実施の形態4 上記の実施の形態においては、アクチュエータとして使
用する場合に最も適した有機ポリマー材料としてポリ
(N−イソプロピルアクリルアミド)の例を示した。
Embodiment 4 In the above embodiment, an example of poly (N-isopropylacrylamide) is shown as the most suitable organic polymer material when it is used as an actuator.

【0051】しかしながら、ポリ(N−イソプロピルア
クリルアミド)をアクチュエータとして用いる場合、機
械的な変化、熱変化に対して、より耐久性を強くするこ
とが考えられる。
However, when poly (N-isopropylacrylamide) is used as an actuator, it can be considered that durability is further enhanced against mechanical changes and thermal changes.

【0052】その目的のために、ポリ(N−イソプロピ
ルアクリルアミド)を有機高分子材料として、無機材料
としてシリカゲルを用い、上記の材料をゾル−ゲル法に
より分子分散させる。
For that purpose, poly (N-isopropylacrylamide) is used as an organic polymer material, silica gel is used as an inorganic material, and the above materials are molecularly dispersed by a sol-gel method.

【0053】ゾル−ゲル法は、この場合、シリケートの
加水分解−縮合反応であり、結果として珪素−酸素結合
を繰返し単位とする3次元架橋したシリカゲルマトリッ
クスを形成する反応である。このゾル−ゲル反応に有機
高分子を共存させることにより、有機高分子とシリカゲ
ルが分子分散した有機−無機ハイブリッド材料を合成す
ることができる。
The sol-gel method is in this case a hydrolysis-condensation reaction of silicates, which results in the formation of a three-dimensionally crosslinked silica gel matrix with silicon-oxygen bonds as repeating units. By allowing an organic polymer to coexist in this sol-gel reaction, an organic-inorganic hybrid material in which an organic polymer and silica gel are molecularly dispersed can be synthesized.

【0054】ハイブリッド材料の柔軟性、あるいは機械
的強度は、ハイブリッド中に有機高分子がどれだけ入っ
ているかに依存し、有機−無機ハイブリッド材料中にお
いては、有機高分子は凝集することなく分子分散してい
る。
The flexibility or mechanical strength of the hybrid material depends on how much the organic polymer is contained in the hybrid, and in the organic-inorganic hybrid material, the organic polymer does not aggregate but is dispersed in the molecule. is doing.

【0055】有機高分子(ポリ(N−イソプロピルアク
リルアミド))と無機材料(シリカゲル)の有機−無機
ポリマーハイブリッドの分子複合材料によると、ポリ
(N−イソプロピルアクリルアミド)が持っていた温度
に対する相転移の性質がほぼ変わらず、機械的な変化、
熱変化に対する耐久性が向上したアクチュエータの動力
駆動部として使用することができる。
According to a molecular composite material of an organic-inorganic polymer hybrid of an organic polymer (poly (N-isopropylacrylamide)) and an inorganic material (silica gel), the phase transition of poly (N-isopropylacrylamide) with respect to temperature was observed. Properties are almost unchanged, mechanical changes,
It can be used as a power driving unit of an actuator having improved durability against heat change.

【0056】このように働く有機高分子は、アミド以外
にも、たとえば、ポリ尿素、ポリウレタン、ポリイミ
ド、ポリカーボネートなどにおいても、シリカゲルと均
一なポリマー無機ハイブリッドが得られる。
In addition to amides, the organic polymers that act in this way can also be used, for example, in polyurea, polyurethane, polyimide, polycarbonate, etc., to obtain a polymer-inorganic hybrid uniform with silica gel.

【0057】この有機高分子(ポリ(N−イソプロピル
アクリルアミド))と無機材料(シリカゲル)の有機−
無機ポリマーハイブリッドの分子複合材料を、実施の形
態1〜3のポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)と
水からできるポリマーゲルの層の代わりに用いることが
でき、機械的な変化や熱変化に対する耐久性を上げるこ
とができる。
The organic polymer (poly (N-isopropylacrylamide)) and inorganic material (silica gel)
The inorganic polymer hybrid molecular composite material can be used in place of the polymer gel layer made of poly (N-isopropylacrylamide) and water of Embodiments 1 to 3, and has durability against mechanical changes and thermal changes. Can be raised.

【0058】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplifications in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明に係るアクチュエータをロボット
のアクチュエータとして用いることにより、複雑な動き
をする場合においても、簡単な構造で、重量が大きくな
い、省スペースの微小なロボット、軽いロボットを実現
することができる。
By using the actuator according to the present invention as an actuator of a robot, it is possible to realize a space-saving micro robot and a lightweight robot which have a simple structure and do not have a large weight even when performing complicated movements. be able to.

【0060】また、本発明に係るアクチュエータを駆動
体の本体の先端部に接続し、熱によって有機ポリマーま
たは有機−無機ポリマーハイブリッドの相転移を制御す
ることによって、微小な変動を容易に実現することがで
きる。よって、本アクチュエータを駆動体の先端部に導
入することにより、ピンセット、鉗子、メス、光ファイ
バの導入管、センサ、工具などの目的位置への導入作業
を向上させることができ、その微小な動きを、容易に行
なうことができる。
Further, by connecting the actuator according to the present invention to the tip of the main body of the driving body and controlling the phase transition of the organic polymer or the organic-inorganic polymer hybrid by heat, it is possible to easily realize a minute fluctuation. You can Therefore, by introducing this actuator into the tip of the driving body, it is possible to improve the work of introducing tweezers, forceps, a scalpel, an optical fiber introduction tube, a sensor, a tool, etc. to a target position, and to perform a minute movement of the actuator. Can be easily performed.

【0061】有機−無機ハイブリッド材料の調製の手法
は、材料を空気中で混ぜ合わせて数日間放置しておくだ
けの簡便なものであるため、より機械的強度、熱的強度
を高めたアクチュエータを簡便に作ることができ、工業
的利用が容易である。
The method of preparing the organic-inorganic hybrid material is as simple as mixing the materials in air and leaving them for several days. Therefore, an actuator having higher mechanical strength and thermal strength can be used. It can be easily made and is easy to use industrially.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 実施の形態1に係るアクチュエータを示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing an actuator according to a first embodiment.

【図2】 実施の形態2に係るアクチュエータを示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing an actuator according to a second embodiment.

【図3】 実施の形態2の他の態様に係るアクチュエー
タを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an actuator according to another aspect of the second embodiment.

【図4】 実施の形態3に係るアクチュエータの側面図
である。
FIG. 4 is a side view of an actuator according to a third embodiment.

【図5】 実施の形態3に係るアクチュエータの上面図
である。
FIG. 5 is a top view of the actuator according to the third embodiment.

【図6】 従来のアクチュエータを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a conventional actuator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ポリマーゲルの層、12 シリコン膜の支持体、
13 シリコン膜の支持体、14 関節部、15 制御
用の赤外線。
11 polymer gel layer, 12 silicon membrane support,
13 silicon film support, 14 joints, 15 infrared for control.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08L 33/26 C08L 33/26 (72)発明者 太田 佳似 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 3C007 AS00 BS30 CS08 CY36 HS07 WA05 WA26 XG01 4F100 AA20A AB11B AK01A AK46A AT00B BA02 BA07 GB90 JA02A JA03A JK08A JL03 YY00A YY00B 4J002 BG131 DE026 DJ017 GM00─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C08L 33/26 C08L 33/26 (72) Inventor Yoshimi Ota 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka F-term in Sharp Corporation (reference) 3C007 AS00 BS30 CS08 CY36 HS07 WA05 WA26 XG01 4F100 AA20A AB11B AK01A AK46A AT00B BA02 BA07 GB90 JA02A JA03A JK08A JL03 YY00A YY00B 4J002 BG131 DE026 DJ017 GM00

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外部に変位、力を伝達する伝達部と、該
伝達部を駆動する駆動部とを備えたアクチュエータにお
いて、 前記駆動部を、制御量により機械的伸縮をする有機高分
子層で形成し、 前記伝達部を、前記有機高分子層を支持する支持体で形
成したことを特徴とする、アクチュエータ。
1. An actuator comprising a transmission section for transmitting displacement and force to the outside, and a drive section for driving the transmission section, wherein the drive section is an organic polymer layer that mechanically expands and contracts according to a controlled amount. An actuator, wherein the actuator is formed, and the transmission part is formed of a support that supports the organic polymer layer.
【請求項2】 前記有機高分子層が、ポリ(N−イソプ
ロピルアクリルアミド)と水を含むポリマーゲル層であ
る、請求項1に記載のアクチュエータ。
2. The actuator according to claim 1, wherein the organic polymer layer is a polymer gel layer containing poly (N-isopropylacrylamide) and water.
【請求項3】 前記有機高分子層が、ポリ(N−イソプ
ロピルアクリルアミド)と水を含むポリマーゲルと、シ
リカゲルとが、分子状で分散したハイブリッド材料層で
ある、請求項1に記載のアクチュエータ。
3. The actuator according to claim 1, wherein the organic polymer layer is a hybrid material layer in which a polymer gel containing poly (N-isopropylacrylamide) and water and silica gel are molecularly dispersed.
【請求項4】 前記ポリマーゲル層の厚みは1mm以下
であり、 前記支持体はシート状の数百μmの厚みのシリコン膜で
あり、 前記ポリマーゲル層は前記支持体上に粘着保持されてお
り、 前記ポリマーゲルの、温度による、相転移を利用した温
度制御で動作する、請求項2に記載のアクチュエータ。
4. The polymer gel layer has a thickness of 1 mm or less, the support is a sheet-like silicon film having a thickness of several hundreds of μm, and the polymer gel layer is adhered and held on the support. The actuator according to claim 2, which operates by temperature control of the polymer gel using a temperature-dependent phase transition.
【請求項5】 前記ハイブリッド材料層の厚みは1mm
以下であり、 前記支持体はシート状の数百μmの厚みのシリコン膜で
あり、 前記ポリマーゲル層は前記支持体上に粘着保持されてお
り、 前記ポリマーゲルの、温度による、相転移を利用した温
度制御で動作する、請求項3に記載のアクチュエータ。
5. The hybrid material layer has a thickness of 1 mm.
The following is, the support is a sheet-like silicon film having a thickness of several hundred μm, the polymer gel layer is adhered and held on the support, and the phase transition of the polymer gel depending on temperature is used. The actuator according to claim 3, which operates with the temperature control described above.
【請求項6】 ポリ(N−イソプロピルアクリルアミ
ド)と水を含むポリマーゲルで形成され、1mm以下の
厚みを有する有機高分子層と、 前記有機高分子層を支持する支持体と、 前記有機高分子層と前記支持体を収容するチューブを備
え、 前記支持体が、前記チューブ内の空間を複数の部分に仕
切っており、 仕切られた前記空間内に制御用の液体または気体が導入
されている、アクチュエータ。
6. An organic polymer layer formed of a polymer gel containing poly (N-isopropylacrylamide) and water and having a thickness of 1 mm or less, a support for supporting the organic polymer layer, and the organic polymer. A layer and a tube for accommodating the support, wherein the support divides the space in the tube into a plurality of parts, and a control liquid or gas is introduced into the partitioned space; Actuator.
【請求項7】 ポリ(N−イソプロピルアクリルアミ
ド)と水を含むポリマーゲルとシリカゲルとが、分子状
で分散したハイブリッド材料で形成され、1mm以下の
厚みを有する有機高分子層と、 前記有機高分子層を支持する支持体と、 前記有機高分子層と前記支持体を収容するチューブを備
え、 前記支持体が、前記チューブ内の空間を複数の部分に仕
切っており、 仕切られた前記空間内に制御用の液体または気体が導入
されている、アクチュエータ。
7. An organic polymer layer having a thickness of 1 mm or less, which is formed of a hybrid material in which a polymer gel containing poly (N-isopropylacrylamide) and water and silica gel are molecularly dispersed, and the organic polymer. A support for supporting a layer, and a tube for accommodating the organic polymer layer and the support, the support is dividing the space in the tube into a plurality of parts, in the partitioned space An actuator in which a control liquid or gas is introduced.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれか1項に記載のア
クチュエータを具備することを特徴とする駆動体。
8. A driving body, comprising the actuator according to claim 1.
【請求項9】 請求項1〜7のいずれか1項に記載のア
クチュエータを具備することを特徴とするロボット。
9. A robot comprising the actuator according to any one of claims 1 to 7.
【請求項10】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の
アクチュエータを具備することを特徴とする羽ばたき移
動装置。
10. A fluttering moving device comprising the actuator according to claim 1. Description:
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