フィジカルAI・ソフトロボットに向けた 誘電エラストマ人工筋肉の基礎とロボットハンド、人工皮膚、発電・宇宙用途への応用【LIVE配信・WEBセミナー】

セミナー趣旨

■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。

【講演主旨】

　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。

習得できる知識

・誘電エラストマの最新知識（素材、電極及び駆動原理等）が得られ、今後の動向に関する情報も得られる。

・誘電エラストマの素材、電極等の性能向上のための修飾方法や作成方法が、誰よりも早く習得できる。

・各国が凌ぎを削って開発している重点開発アイテムに於いて、誘電エラストマを用いることにより、簡単に乗り越えられることが理解できる＝＞重要な知識。

・誘電エラストマの市場（既に製品化した事例を含む）等の知識が得られ、またそれらを自社で開発したい皆さんへの支援体制等も知ることができる。

セミナープログラム

1. 人工筋肉型アクチュエータについて　

　1.1. エレクトロアクティブポリマー(EAP)概論

　1.2. イオン、磁気、空気、液晶、光、電歪効果、温度差等を利用したエレクトロアクティブポリマーとその特徴

　1.3. 電気を利用する各種エレクトロアクティブポリマーとその特徴

　1.4. 人工筋肉としての誘電エラストマの開発の歴史

　　　・誘電エラストマが何故筋肉の様に駆動可能か、最近開発された式等を用いて説明

　1.5. 誘電エラストマの素材について

　　　・誘電エラストマの電極（金属薄膜、液体金属、カーボングリス、カーボンブラック、SWCNTを含む各種CNT等）

　　　・特に誘電エラストマにCNTを用いた場合との比較!

　　　・誘電エラストマに向くCNT　

　　　・金属CNTの製造法

　　　・優れた柔軟性と高伝導性を有しかつ透明なCNT誘電エラストマの解説

　　　・誘電エラストマ用のポリマー/エラストマとそれらの修飾方法（応力-歪曲線、粘弾性試験評価、及び各種素材修飾法等について）

　　　・温度特性、もれ電流、寿命、効率、ヒステリシス等の解説

　1.6. CNT電極技術の応用　

　　　・高導電性で、大きな伸び縮みが可能な導電性材料（フレキシブルPCB、導電性パッキン等への応用）

　　　　　@各種素材へCNT電極を簡易に作成する、最新缶スプレー塗布の実演をビデオで紹介。

　　　・GHz帯からミリ波まで、幅広い周波数帯で威力を発揮するＣＮＴスプレーの電波吸収効果

　　　　（シート型、塗布型電波吸収素材への応用）

　　　・準ミリ波、ミリ波（２８GHz,７５GHz）の電波吸収実験結果

　　　・ヒーターとしても使えるCNTスプレー

　1.7. 大型のDE膜の製作について

　1.8. 日本および海外の研究開発動向

2. フィジカルAI・ロボティクスに向けた誘電エラストマアクチュエータの応用展開

　2.1 誘電エラストマアクチュエータの動作原理と駆動設計

　・駆動原理と最新モデル

　・エラストマ変形挙動と材料設計

　・高効率駆動・高速応答化

　・高出力化・大型化技術

　・回転型DEAモーターへの展開
　2.2 ソフトロボット・ロボットハンドへの応用

　・柔軟ロボットアクチュエータ

　・ロボットハンド・グリッパーへの応用

　・指関節駆動・多自由度制御

　・微細把持・軽量化技術

　・人間共存型ロボットへの適用

　2.3 人工皮膚・触覚・ハプティクスへの応用

　・超柔軟圧力センサー

　・人工皮膚・電子皮膚(e-skin)

　・触覚センシング

　・力覚・触覚フィードバック

　・モーションフィードバック技術

　・VR/AR/空間コンピューティングとの融合

　・Vision Pro等との親和性

　2.4 医療・ウェアラブル・介護ロボットへの応用

　・手術ロボット

　・カテーテル・内視鏡制御

　・義手・義足

　・パワースーツ

　・リハビリ支援

　・ウェアラブルデバイス

　・生体適合・軽量化設計

　2.5 モビリティ・車載応用

　・電気自動車向けDEAモーター

　・軽量駆動システム

　・振動制御

　・次世代モビリティへの展開

　・高効率駆動と省エネルギー化

　2.6 宇宙・極限環境への応用

　・火星探査ロボット

　・宇宙服用アクチュエータ

　・衛星アンテナ制御

　・軽量宇宙機器

　・NASA/JAXAとの研究事例

【質疑応答】

【キーワード】

大型が可能な、超薄膜・軽量・高効率・高出力アクチュータ、超柔軟性を有した超小型高性能センサー、ダブルアクションを応用した高効率発電機、小型軽量発電機及び２次電池に充電可能、モションフィードバックシステム、CNTの無線通信への応用、誘電エラストマの通信への応用、周波数可変アンテナ及びフィルターへの応用、IoTに向く誘電エラストマ、ウエアラブル、リニュアブルエネルギー、導電性塗料、ミリ波、電波吸収体、自動運転、５Ｇ／６Ｇ、環境対応デバイス、再生素材の利用、カーボンニュートラル技術、1nm半導体への応用

【講演のポイント】

・リサイクル可能な、優れた誘電性エラストマ（アクチュータ、センサー及び発電機）の最新の状況や今後の展開が理解できる。

・上記で利用できる各種素材・電極等の構造や駆動方法等が理解できる。

・このセミナーを受ければ、上記素材・電極の修飾、合成及び製作方法等が理解できる。

・誘電エラストマの各種アプリケーションや市場等の知識が得られ、またそれらを自社で開発したい企業に向けた、千葉等の強力な支援体制等も知ることが可能。受講者の会社の製品の向上、引いては世界にない全く新しい製品化が可能となりうる、大変大きなチャンスが生まれる。また必要であれば、千葉等が所有するパテント等も使用可能である。

セミナー講師

千葉科学研究所　 代表　理学博士　 千葉　正毅　氏　／元(有)Wits　代表取締役社長　和氣　美紀夫　氏

セミナー受講料

【1名の場合】50,600円(税込、テキスト費用を含む)

2名以上は一人につき、22,000円が加算されます。

※受講料の振り込みは、開催翌月の月末までで問題ございません。

主催者

開催場所