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■本講座の注目ポイント

★誘電エラストマ（DE）は、人工筋肉として機能する次世代アクチュエータであり、フィジカルAI、ソフトロボティクス、ロボットハンド、ウェアラブル機器などの分野で注目される高効率・軽量・柔軟な駆動技術である。

■注目ポイント

★本講演では、誘電エラストマの動作原理、材料設計、CNT電極技術、回転型DEAモーターなどの最新技術に加え、人工皮膚・触覚センサ・ハプティクス・VR/AR連携など、次世代ヒューマンインターフェースへの応用事例を解説する。

★さらに、医療・介護ロボット、モビリティ、宇宙機器、エネルギーハーベスティング（DE発電機）まで含めた幅広い応用展開を紹介し、ロボティクス時代を支える新しいアクチュエータ・センサ技術の将来展望について議論する。

講座担当：青木良憲

≪こちらの講座は、WEB上での開催のオンライン講座になります≫

　誘電エラストマ(DE)人工筋肉は、千葉等によって、1991年に発明された。その原理は、エラストマの上下に収縮可能な電極を備えたシンプルな構造を持ち、高効率なDEアクチュエータ、DEセンサー、およびDE発電機の製作が可能である。このDEの最大の特徴は、希土類を必要としない点である。現在、0.15gのアクリル膜を用いたDEアクチュエータは、8kgの重量を88msの速度で1mm以上持ち上げることができる。また、指等の細かい動きに対応が可能で、フィジカルAI用アクチュエータとして最適である。近年、DEの特徴であるリニア駆動ではなく、既存のモーターの様に、回転運動も可能となり、かつ磁石も有しないため、とても軽く、また高効率で、安価であるため、世界的に、注目されている。また、DEは、DE発電機としても有望で、発電効率は、70%を超えた。（横浜工大の造波タンクを使用した実験では、発電効率は、90.6%に達した）。発電原理は、単純で、DEアクチュータに、外力（引っ張ったり、たたいたり、ひねったりすることで）、発電する。今までは、大型のDE発電機用の膜が上手くできなかったが、近年大型化が可能になり、また、一回の外力で、２度発電出来る様になり、発電できる量が、飛躍的に大きくなり、実用化の目途がついた。一般的に、DEの寿命は短いと言われていますが、DEの変形量が余り大きくない通常の使用範囲であれば、殆どのアクチュータ、センサー、及び発電機用途として使用できる。

　近年、誘電エラストマの各種性能が大いに進展した要因としてDEの主材（エラストマ）の研究が進み、かつ新しい数式モデル等に依る解析やシミュレーション技術が飛躍的に進んだ結果、どの様な素材が、どの用途に向くか設計/製作が可能になった。更に、液体金属を含む各種電極材料の選択、改良、又はそれらの粒形/針状形成等分散、選別、塗布/成形技術等も大いに進歩した。一例として、シングルウォールCNT（SWCNT）に、遠心分離/電気泳動等を応用することに依り、より直径が細く、かつ金属CNTの含有力も高まり、DEの電極の導電性が飛躍的に高まった。更に、各種アプリケーションに対して、どのポリマー/エラストマ素材とどの電極素材がベストな選択であるかも、解明されつつある。現在使用されている既存のモーター等を含めた広義の意味でのアクチュエータの殆ど全てで、置き換えが可能になりつつある。このDEシステムを用いることにより、極近い将来、電気自動車を軽々駆動することが可能になる。電気自動車の最大の欠点である車重を、極端に軽くすることが可能で、車の走行距離を飛躍的に延ばし、かつ大型のトレーラー等にも、電動化することが近々可能になると思われる。それらに加え、誘電エラストマは、高電圧を利用（トランス不要）するので、駆動効率がかなり高いのも利点の一つである。

　DEアクチュータは、ロボット、パワースーツ、介護用機器、医療用等、用途は無限である。これらに加え、おむつの用のセンサーを始め、超柔軟性を有した各種高性能センサー（ひとつのセンサーで、各種圧力変化に対して正確にセンシングできる）は、明日にでも、直ぐに商品化が出来る様になった。既存のセンサーより高性能で、価格も安くかつ大きさがかなり小さく、かつ薄くなった。そのため、バーチャルリアリティー/拡張現実やロボット・各種機械等の遠隔操作用のセンサーとしても最適である。例を挙げると、ヒューマン/ロボットハンドのインタータラクションが、モーションフィードバック付きで、かつアップルのビジョンプロ等との融合により、より楽な操作が可能になり、また操作する人に、触った感覚等が感じることができ、より現実味が増すため、使用できる世界が、無限に広がる。

　誘電エラストマ発電機（DEG）の性能も飛躍的に進歩しました。発電の種類として、波、水流、排熱/温度差、太陽熱、振動、風（洋上大型発電も含む）等を用いたDEGの実用化開発もかなり進んでいる。またハンディ型の２次電池への充電が可能なシステム付の小型・軽量DEGも開発され、小型２次電池に簡単に充電できるようになった。ペロブスカイト太陽電池と比べ、より薄く、より大きく変形（400%以上）し、積層も可能で、かつより高効率に発電する。また天候に左右されない。

　現在、ナノデバイスから宇宙までに、幅広い分野での開発が行われている。宇宙分野の開発例を挙げると、NASA等と火星探査ロボットの開発や、衛星のパラボラアンテナや太陽電池等を正しい方向に向けるためのアクチュータ、火星の表面探査用無人小型飛行機の推進動力、方向舵やエルロン（エレベータを含む）等の開発も行っている。また宇宙服の軽量化のためのアクチュータやセンサーも開発も行っている。

　上記で述べたDEの主材の性能向上に関する研究の一例として、スプレー缶を用い、高品質なSWCNTをスプレーすることに依り、DEの電極を容易に、かつ正確に薄膜形成することが可能になった。このスプレーは、用途が広がるミリ波帯での電波吸収効果が高く、益々普及が進む5G/6Gや、自動運転などで利用が進むミリ波レダーなどの誤作動防止等に、大きな効果が期待されている。またDEは、半導体としても有望で、1nmも可能と思われる！最後に、誘電エラストマの素材や電極素材は、リサイクルして、再度製品化が可能である。