JP7427245B2 - 自己修復機構およびソフトロボット - Google Patents
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Description
本発明は、自己修復機構およびソフトロボットに関する。
近年、環境に応じて柔軟に変形可能で、様々な環境に適応できるソフトロボットの開発が活発に行われている。ソフトロボットとしては、例えば、袋状体を利用したグリッパや移動装置などが、本発明者等により開発されている（例えば、特許文献１乃至５参照）。しかし、ソフトロボットの多くは、袋状体などの柔軟な構造のために、鋭利物などに接触すると破損してしまい、運動性や変形性などの機能を喪失してしまうという問題があった。
このような問題に対し、ソフトロボットではないが、自己修復して機能を回復するものとして、穴があいたとき、内面に設けられたゲル化した吸水ポリマーが膨張してその穴を塞ぐタイヤが開発されている（例えば、非特許文献１参照）。また、破損した箇所などを自己修復するための材料として、紫外線の照射や加熱などにより硬化する高分子等の材料も開発されている（例えば、非特許文献２乃至５参照）。
長屋幸助、井開重男、千葉学、超旭京、「穴が空いても自己修復するタイヤの開発」、日本機械学会論文集（Ｃ編）、2005年、vol. 71-708、p.2635-2642
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しかしながら、非特許文献１に記載の自己修復するタイヤでは、大きな損傷のときに、吸水ポリマーが漏れ出したり、吸水ポリマー自体に穴があいたりするため、自己修復できなくなるという課題があった。また、非特許文献２乃至５に記載の材料は、自己修復の際に、外部からの紫外線照射や加熱などのエネルギー供給が必要であったり、破損部分を密着し続ける必要があったりするため、このような外的要因が得られない環境では、自己修復機能が得られないという課題があった。
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、大きな損傷であっても、また、外的要因によらず、あらゆる環境下で自己修復可能な自己修復機構およびソフトロボットを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る自己修復機構は、混合することによりゲル化または硬化する２種類の液体のうちの一方の液体を収納した第１のチューブと、他方の液体を収納した第２のチューブとを、長さ方向に沿って互いに螺旋状に巻き付けて成る硬化手段を、有することを特徴とする。
本発明に係る自己修復機構は、例えば、ロボットやデバイスなどの変形部位や柔軟部位に沿って、硬化手段を張り巡らして使用される。本発明に係る自己修復機構は、硬化手段の第１のチューブおよび第２のチューブが傷ついて破損すると、各チューブの破損箇所から各液体が漏れ出て混ざり合い、ゲル化または硬化する。このため、ロボットやデバイスなどの変形部位や柔軟部位が、鋭利物などに接触して破損したとき、その部位に位置する第１のチューブおよび第２のチューブも破損して各液体がゲル化または硬化することにより、ロボットやデバイスなどの破損部位を固めたり塞いだりすることができ、自己修復を行うことができる。
本発明に係る自己修復機構は、第１のチューブおよび第２のチューブが、長さ方向に沿って互いに螺旋状に巻き付けられているため、どの方向から傷つけられても双方のチューブが破損しやすく、効果的に自己修復を行うことができる。本発明に係る自己修復機構は、漏れ出した２つの液体が混ざり合いさえすればゲル化または硬化することができるため、大きな損傷であっても自己修復を行うことができる。
また、本発明に係る自己修復機構は、第１のチューブおよび第２のチューブに収納された２種類の液体が混ざるだけでゲル化または硬化するため、紫外線照射や加熱などのエネルギー供給あるいは破損部分の密着などの外的要因が不要である。このため、外的要因によらず、あらゆる環境下で自己修復可能である。本発明に係る自己修復機構は、ロボットやデバイスなどの変形部位や柔軟部位に沿って硬化手段を張り巡らせやすくするために、前記第１のチューブおよび前記第２のチューブが柔軟な素材から成ることが好ましい。
本発明に係るソフトロボットは、本発明に係る自己修復機構を有し、前記硬化手段が、変形部位および／または柔軟部位に沿って張り巡らされていることを特徴とする。
本発明に係るソフトロボットは、本発明に係る自己修復機構の硬化手段が、変形部位および／または柔軟部位に沿って張り巡らされているため、変形部位や柔軟部位が、鋭利物などに接触して破損したときでも、効果的に自己修復を行うことができる。また、本発明に係るソフトロボットは、大きな損傷であっても自己修復可能である。また、外的要因によらず、あらゆる環境下で自己修復可能である。
本発明によれば、大きな損傷であっても、また、外的要因によらず、あらゆる環境下で自己修復可能な自己修復機構およびソフトロボットを提供することができる。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２は、本発明の実施の形態の自己修復機構を示している。
図１に示すように、自己修復機構１０は、硬化手段１１と基材１２とを有している。
図１および図２は、本発明の実施の形態の自己修復機構を示している。
図１に示すように、自己修復機構１０は、硬化手段１１と基材１２とを有している。
硬化手段１１は、それぞれ柔軟な素材から成る第１のチューブ１１ａと第２のチューブ１１ｂとを有している。第１のチューブ１１ａは、混合することによりゲル化または硬化する２種類の液体のうちの一方の液体を収納し、第２のチューブ１１ｂは、他方の液体を収納している。硬化手段１１は、第１のチューブ１１ａおよび第２のチューブ１１ｂを、長さ方向に沿って互いに螺旋状に巻き付けて成っている。基材１２は、柔軟な樹脂製であり、硬化手段１１の周囲を覆うよう設けられている。なお、自己修復機構１０は、基材１２を有していなくてもよい。
次に、作用について説明する。
自己修復機構１０は、例えば、環境に応じて柔軟に変形可能なソフトロボット等のロボットやデバイスなどの変形部位や柔軟部位に沿って、生物の血管のように、基材１２と共に硬化手段１１を張り巡らして使用される。自己修復機構１０は、硬化手段１１の第１のチューブ１１ａおよび第２のチューブ１１ｂが傷ついて破損すると、各チューブ１１ａ、１１ｂの破損箇所から各液体が漏れ出て混ざり合い、ゲル化または硬化する。このため、ロボットやデバイスなどの変形部位や柔軟部位が、鋭利物などに接触して破損したとき、その部位に位置する第１のチューブ１１ａおよび第２のチューブ１１ｂも破損して各液体がゲル化または硬化することにより、ロボットやデバイスなどの破損部位を固めたり塞いだりすることができ、自己修復を行うことができる。
自己修復機構１０は、例えば、環境に応じて柔軟に変形可能なソフトロボット等のロボットやデバイスなどの変形部位や柔軟部位に沿って、生物の血管のように、基材１２と共に硬化手段１１を張り巡らして使用される。自己修復機構１０は、硬化手段１１の第１のチューブ１１ａおよび第２のチューブ１１ｂが傷ついて破損すると、各チューブ１１ａ、１１ｂの破損箇所から各液体が漏れ出て混ざり合い、ゲル化または硬化する。このため、ロボットやデバイスなどの変形部位や柔軟部位が、鋭利物などに接触して破損したとき、その部位に位置する第１のチューブ１１ａおよび第２のチューブ１１ｂも破損して各液体がゲル化または硬化することにより、ロボットやデバイスなどの破損部位を固めたり塞いだりすることができ、自己修復を行うことができる。
自己修復機構１０は、第１のチューブ１１ａおよび第２のチューブ１１ｂが、長さ方向に沿って互いに螺旋状に巻き付けられているため、どの方向から傷つけられても双方のチューブ１１ａ、１１ｂが破損しやすく、効果的に自己修復を行うことができる。自己修復機構１０は、漏れ出した２つの液体が混ざり合いさえすればゲル化または硬化することができるため、大きな損傷であっても自己修復を行うことができる。
また、自己修復機構１０は、第１のチューブ１１ａおよび第２のチューブ１１ｂに収納された２種類の液体が混ざるだけでゲル化または硬化するため、紫外線照射や加熱などのエネルギー供給あるいは破損部分の密着などの外的要因が不要である。このため、外的要因によらず、あらゆる環境下で自己修復可能である。
なお、自己修復機構１０は、ロボットやデバイスなどの変形部位や柔軟部位、または、基材１２の周囲に設けられた液体浸透性のシートを有していてもよい。この場合、各チューブ１１ａ、１１ｂから漏れ出した各液体がシートに吸収されることにより、各液体を混ざりやすくすることができる。特に、破損しやすい箇所や修復したい箇所などにシートを配置しておくことにより、効果的に自己修復を行うことができる。
また、自己修復機構１０で、第１のチューブ１１ａおよび第２のチューブ１１ｂにそれぞれ収納された２種類の液体は、互いに混合することによりゲル化または硬化するものであれば、いかなるものであってもよい。
図２に示す自己修復機構１０の試作モデルを作製して、実験を行った。まず、図２に示すように、試作モデルの第１のチューブ１１ａおよび第２のチューブ１１ｂを透明なシリコーンゴム製とし、各チューブを互いに螺旋状に巻き付けて、透明なシリコーンゴム製の母材２１の中に配置した。第１のチューブ１１ａおよび第２のチューブ１１ｂは、外径が６ｍｍ、内径が４ｍｍである。母材２１は、薄い直方体形状を成し、幅が７０ｍｍ、長さが１００ｍｍ、厚さが２０ｍｍである。
実験では、第１のチューブ１１ａに赤色に着色した水を収納し、第２のチューブ１１ｂに青色に着色した水を収納し、母材２１に対して、深さ１５ｍｍ、幅５０ｍｍの切り込みを入れて、にじみ出る水の様子を視覚的に確認した。また、比較モデルとして、各チューブを平行にして母材２１中に配置したものに対して、同様の実験を行った。
実験の結果、各チューブ１１ａ、１１ｂの長さ方向に対して平行に切り込みを入れた場合、比較モデルでは、赤色または青色の一方の水のみがにじみ出たのに対し、試作モデルでは、赤色および青色の両方の水がにじみ出て、混合する様子が確認された。
次に、自己修復機能を確認するための実験を行った。試作モデルの母材２１を、微粒子調製ダブルネットワークゲル（Ｐ－ＤＮゲル）とし、第１のチューブ１１ａにＰ－ＤＮゲルのモノマー溶液を収納し、第２のチューブ１１ｂにラジカル反応開始剤を収納した。なお、第１のチューブ１１ａに収納したＰ－ＤＮゲルのモノマー溶液、および、第２のチューブ１１ｂに収納したラジカル反応開始剤は、互いに混合すると所定の時間でゲル化するものである。実験では、そのゲル化時間を、３０秒前後に調製した。なお、視認性を高めるために、各液体に顔料を添加し、モノマー溶液を赤，反応開始剤を青に着色した。
母材２１に対して切り込みを入れたところ、各チューブ１１ａ、１１ｂから各液体がにじみ出て混合し、ゲル化する様子が確認された。さらに、そのゲルが母材２１の切り込みを塞ぎ、母材２１と一体化する様子も確認された。なお、切り込みを塞ぐまでの時間は、８００秒超であった。
１０ 自己修復機構
１１ 硬化手段
１１ａ 第１のチューブ
１１ｂ 第２のチューブ
１２ 基材
２１ 母材
１１ 硬化手段
１１ａ 第１のチューブ
１１ｂ 第２のチューブ
１２ 基材
２１ 母材
Claims (3)
- 混合することによりゲル化または硬化する２種類の液体のうちの一方の液体を収納した第１のチューブと、他方の液体を収納した第２のチューブとを、長さ方向に沿って互いに螺旋状に巻き付けて成る硬化手段を、
有することを特徴とする自己修復機構。 - 前記第１のチューブおよび前記第２のチューブは柔軟な素材から成ることを特徴とする請求項１記載の自己修復機構。
- 請求項１または２に記載の自己修復機構を有し、
前記硬化手段が、変形部位および／または柔軟部位に沿って張り巡らされていることを
特徴とするソフトロボット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020090978A JP7427245B2 (ja) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 自己修復機構およびソフトロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020090978A JP7427245B2 (ja) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 自己修復機構およびソフトロボット |
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|---|---|
| JP2021186890A JP2021186890A (ja) | 2021-12-13 |
| JP7427245B2 true JP7427245B2 (ja) | 2024-02-05 |
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ID=78847944
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| JP2020090978A Active JP7427245B2 (ja) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 自己修復機構およびソフトロボット |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6994723B1 (en) | 2003-05-21 | 2006-02-07 | Advanced Cardiovascular Systems, Inc. | Medical device made from self-stiffening composite |
| CN109811879A (zh) | 2019-03-22 | 2019-05-28 | 河北工业大学 | 用于自修复混凝土的双层管状修复液承载系统 |
-
2020
- 2020-05-25 JP JP2020090978A patent/JP7427245B2/ja active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Title |
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| Bilodeau, R. A. et al.，"Self-Healing and Damage Resilience for Soft Robotics; A Review"，Front. Robot. AI (2017)，4，48 |
| BLEAY, S. M. et al.，"A Smart Repair System For Polymer Matrix Composites"，Composites Part A (2001)，32，1767-1776 |
| TRASK, R. S. et al.，"Bioinspired Self-Healing of Advanced Composite Structures Using Hollow Glass Fibres"，J. R. Soc. Interface (2007)，4，363-371 |
| 猪股翔平ほか，"自己修復機能を実現するソフトロボット血管機構"，ロボティクス・メカトロニクス講演会２０２０予稿集，１Ｐ２－Ｊ１６ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021186890A (ja) | 2021-12-13 |
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