Soft Actuators

ファイバー状の誘電エラストマーアクチュエータは、構造の単純さから様々なタイプのロボットに応用できると考えられ、高い汎用性を持つことが期待されます。本研究では、アクチュエータ内外の水を電極として利用することで、より単純な誘電エラストマーファイバーアクチュエータが構成できることを示しました。また、アクチュエータを応用することにより、クラゲ型ロボットの遊泳を実証しました。

Fiber-shaped dielectric elastomer actuators are expected to be highly versatile, as they can be applied to various types of robots thanks to their simple structure. In this study, we showed that a simpler dielectric elastomer fiber actuator can be constructed by using water inside and outside the actuator as an electrode. We also demonstrated swimming of a jellyfish-like robot by applying the actuator.

積層型の誘電エラストマーアクチュエータは筋肉のように収縮できるため、ソフトロボティクスの技術として有望です。積層型の誘電エラストマーアクチュエータの製作には、通常はエラストマー膜と電極を交互に積み重ねることが必要で、手間がかかります。本研究では、エラストマー構造体の内部に液体金属を注入する手法によって、積層型アクチュエータを簡単な工程で一体成形できる技術の実証を行いました。本手法によって、例えば魚型のソフトロボットなど、高い形状自由度を持つ積層型アクチュエータを作製することができます。

Stacked dielectric elastomer actuators are a promising technology for soft robotics given their behavior exhibiting muscle-like contraction. The fabrication of stacked dielectric elastomer actuators usually requires alternating stacks of dielectric membranes and electrodes, which is laborious. In this study, we have demonstrated a method to monolithically fabricate stacked DEAs without alternately stacking the dielectrics and electrodes in a simple process by injecting liquid metal into the elastomeric structure. This method can be used to fabricate stacked actuators with 3D free forms, such as a fish-shaped soft robot.

誘電エラストマーアクチュエータは、柔らかい2枚の電極に挟まれたエラストマー膜から構成されます（右図）。電極に高電圧を印加すると、電極間の静電引力によってエラストマー膜は厚さ方向に縮み、平面方向に広がります。この変形を電気的に制御できるアクチュエーションとして、ロボットやデバイスの動きに利用することができます。誘電エラストマーアクチュエータを用いたロボットはこちら。

DEAs consist of an elastomer membrane sandwiched between two compliant electrodes (see figure on the right). When a high voltage is applied to the electrodes, the membrane shrinks in the thickness direction and expands in the planar direction due to the electrostatic attractive force generated between the electrodes. This deformation can be used as an electrically-controlled actuation for soft robots and stretchable devices. Robots based on DEAs are shown on this page.

誘電エラストマアクチュエータの動作原理

Working principle of dielectric elastomer actuators (DEAs)

空気あるいは液体といった流体の入力によって、柔らかい構造体は膨張し、これをアクチュエーションとして利用できます。右図のアクチュエータは柔らかいゼラチンで構成されており、空気を送り込むことで変形します。ゼラチンを用いることによって、土に還ることができる特性、言い換えると生分解性を持つアクチュエータを作ることができます。また、私たちが食べることができる特性、可食性も備えます。

Soft structures inflate in response to the input of fluids such as air and liquid, which can be exploited as an actuation principle. The actuator displayed on the right is made of gelatin, which deforms when pressurized by injecting air. The use of gelatin enables biodegradability, a function being able to return to the soil, in soft actuators. This also makes them edible.

ゼラチン製ソフトアクチュエータの駆動

Operation of soft gelatin actuators