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■本セミナーの主題および状況

★人と安全に協働するロボットやウェアラブルデバイス、医療・触覚デバイスへの需要拡大を背景に、軽量・柔軟・低電圧駆動・大変形といった特長を有する高分子アクチュエータへの期待が急速に高まっています。

★とりわけ、誘電エラストマー、液晶高分子、PVCゲル、形状記憶ポリマーなどを活用したソフトアクチュエータでは、材料設計、イオン輸送制御、可変剛性化、人工筋・センサ技術の進展により、ロボットやヒューマンインタフェースへの応用が大きく広がっています。

★本講習会では、高分子アクチュエータの基礎から最新の材料・設計・制御技術、ロボット・デバイスへの実装事例、さらに今後の研究開発動向までを解説し、次世代ソフトロボティクスを支える最先端技術を俯瞰します。

■注目ポイント

★誘電エラストマー、液晶高分子、PVCゲル、形状記憶ポリマーなど多様な高分子アクチュエータの原理・材料設計・特性・最新研究動向を解説！

★ソフトロボット、ウェアラブルロボット、触覚提示デバイス、医療・把持・操作デバイスなど、高分子アクチュエータの多彩な実装・応用事例と実用化に向けた設計・開発のポイントを第一線の研究者・開発者が詳しく解説！

★低電圧駆動・高速応答・高出力・可変剛性・高感度化を実現する最新の材料設計、イオン輸送制御、人工筋・センサ技術など、次世代ロボティクス・ヒューマンインタフェースを支える最先端の高分子アクチュエータ開発動向を解説！

講座担当：牛田孝平

≪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≫

　誘電エラストマーアクチュエータは、構造が単純で薄く軽量であり、応答性に優れ大きな変形を出力できるうえ、高い電気機械効率を有する、有望なソフトアクチュエータ技術です。

　本講演では、高分子アクチュエータの種類や特徴を簡単に解説した後、誘電エラストマーアクチュエータの原理や特徴、主要な材料および製作・設計方法について説明するとともに、把持・操作デバイス、モバイルロボット、ウェアラブル・医療応用など、ロボティクスにおける多様な応用事例を紹介します。さらに、最新の研究動向と今後の展望についても述べます。

　近年、ソフトロボティクス、ウェアラブルデバイス、医療機器の発展に伴い、低電圧で駆動し、大きな変形を示すイオニック高分子アクチュエータへの期待が高まっている。一方で、高速応答、高出力、耐久性を兼ね備えたアクチュエータの実現には、高分子電解質内部におけるイオン輸送の高度な制御が不可欠である。
　本講座では、イオニック高分子アクチュエータの動作原理を概説した後、液晶分子の自己組織化によって形成されるナノ相分離構造を利用した高分子電解質の材料設計について解説する。特に、一次元から三次元までのイオン伝導経路の設計と、高速イオン輸送・機械特性・アクチュエータ性能との関係を、最新の研究成果を交えながら紹介する。また、その場構造解析によって明らかになったナノ構造変化と変形挙動との相関についても説明し、分子設計からデバイス設計までを俯瞰した材料開発の考え方を学ぶ。さらに、ソフトロボットや触覚提示デバイスへの応用例を紹介するとともに、今後の高分子アクチュエータ研究の方向性と展望について議論する。

　PVC（ポリ塩化ビニル）ゲルを用いたソフトアクチュエータは、軽量・柔軟・低電圧駆動という特長を持ち、従来のモーター型機構では難しかった「人に寄り添うロボット」の実現を大きく前進させることが期待されます。

　本講座では、PVCゲル人工筋の基礎原理から、基本特性について紹介するとともに、その応用について筆者らの経験を中心に解説します。触覚デバイス、ウェアラブルロボットなどへの応用についてわかりやすく紹介します。

　講師らはこれまで温度によって材料の柔軟性が変化する形状記憶ポリマー(SMP) を用いて、柔軟性と感度可変の関節、ソフトアクチュエータ（人工筋肉）、皮膚（触覚センサ）、力覚センサ、さらにはそれらを組み合わせたロボットを開発してきました。SMP に電熱線を埋め込み、温度制御し、剛性・感度を可変にすることにより、人間の柔軟性・多自由度と工場で従来使われてきた金属製のロボットの正確性・高剛性を自在に切り替えることが可能になります。さらに、ジャミング転移現象や形状記憶合金などSMP以外の可変剛性手法を追加、置き換えることにより、大幅な性能向上を図りました。本講演ではそれらの応用事例を紹介します。