Embedded Files
紙やゼラチンといった生分解性・可食性材料を用いることで、土に還る、あるいは食べることのできる、持続可能で環境にやさしいソフトデバイスを構成できます。
The use of biodegradable and edible materials such as paper and gelatin enables the creation of sustainable, environmentally friendly soft robotic devices that can return to the soil or even be eaten.
可食パウチモータ
Edible Pouch Motors
従来の可食アクチュエータは立体構造に基づくものが多く、製作に時間と手間を要するという課題がありました。本研究では、寒天ベースの可食フィルムを熱溶着することで、平面プロセスにより迅速に製作可能な可食パウチモータを開発しました。直動型と回転型の2種類のアクチュエータを製作し、直動型では5 kPaの入力圧力で30.6%の収縮ひずみと13.6 Nの力を、回転型では10 kPaで121.3度の回転角を実現しました。また、可食パウチモータを用いたグリッパーにより、ジャガイモの把持・搬送と、把持したまま熱水中で溶解する動作を実証しました。
Conventional edible soft actuators are mostly based on three-dimensional structures that require time-consuming and labor-intensive fabrication processes. In this study, we developed edible pouch motors that can be rapidly fabricated through a planar process by heat-sealing agar-based edible films. We fabricated two types of actuators, linear and angular pouch motors. The linear actuator achieved a contraction strain of 30.6% and a force of 13.6 N at an input pressure of 5 kPa, while the angular actuator achieved a rotation angle of 121.3 degrees at 10 kPa. We also demonstrated an edible pouch gripper that could grasp and transport a potato and then dissolve in hot water while maintaining its grip.
生分解性誘電エラストマーアクチュエータ・センサ
Biodegradable Dielectric Elastomer Actuators and Sensors
ソフトロボットは、環境適応性や安全性といった利点から注目されています。一方で、従来のソフトロボットの多くは非生分解性の合成材料に依存しており、環境負荷が課題となっていました。本研究では、誘電体膜に天然ゴム、電極にゼラチンベース材料を用いることで、生分解性の誘電エラストマーアクチュエータおよびセンサを開発しました。これにより、環境にやさしいソフトロボットに向けた、生分解性ソフトデバイスの可能性を示しました。
Soft robots have attracted attention because of their advantages such as environmental adaptability and safety. However, many conventional soft robots rely on non-biodegradable synthetic materials, raising concerns about their environmental impact. In this study, we developed biodegradable dielectric elastomer actuators and sensors using natural rubber as the dielectric membrane and gelatin-based materials as the electrodes. These results demonstrate the potential of biodegradable soft devices for environmentally friendly soft robotics.
K. Takai, K. Murakami and J. Shintake, "Biodegradable Dielectric Elastomer Actuators and Sensors," in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 9, no. 12, pp. 11730-11737
電気的に動作する生分解性アクチュエータは、空気で動作するものと比較して外部的なポンプが必要なく、システムがコンパクトになるといった利点があります。本研究では、ポリ乳酸やゼラチン、大豆油といった材料によって、電気的に動作する静電流体ソフトアクチュエータを開発しました。
Electrically controllable biodegradable actuators have advantages over air-controlled ones, such as eliminating the need for an external pump and making the system more compact. In this study, fully biodegradable electrostatically controllable electrohydrodynamic soft actuators are developed using materials such as polylactic acid, gelatin, and soybean oil.
R. Kanno, F. Caruso, K. Takai, Y. Piskarev, V. Cacucciolo, J. Shintake, Biodegradable electrohydraulic soft actuators, Advanced Intelligent Systems, vol. 5, no. 9, p. 2200239, 2023.
生分解性材料は微生物などの分解によって変性します。それによって、生分解性アクチュエータの挙動は分解過程の時々によって変化すると考えられます。本研究では、生分解性材料としてゼラチンとグリセロールの混合物の特性解析を行いました。その結果を反映したシミュレーション環境を構築し、分解過程を考慮したアクチュエータの挙動の予測ができるようになりました。
Biodegradable materials change their properties by microbial decomposition. Therefore, the characteristics of biodegradable actuators change from time to time during the degradation process. In this study, we have analyzed the properties of a mixture of gelatin and glycerol as a biodegradable material. A simulation environment reflecting the experimental results has been constructed that allows prediction of the behavior of the actuator under the degradation process.
Toshiaki Nagai, Ashitaka Kurita and Jun Shintake. "Characterization of sustainable robotic materials and finite element analysis of soft actuators under biodegradation." Frontiers in Robotics and AI 8, 383 (2021).
永井敏輝，新竹純，生分解性材料に基づくソフトアクチュエータのシミュレーションによる解析，ロボティクス・メカトロニクス講演会，1P2-A05, 2020.
T. Nagai, J. Shintake, Characterization of bio-degradable materials for soft robotics, in IEEE International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS), 2019.
従来の紙基板を用いたデバイスは、曲げや大きな変形に弱いという問題がありました。本研究では、切り紙構造によって、デバイスを折り畳んでも導電性を保てることを示しました。それによって、アクチュエータやセンサ、ロボットが製作できることを示しました。
Conventional devices using paper substrates are vulnerable to bending and large deformation. In this study, we have shown that the incorporation of kirigami design allows maintaining electrical conductivity even when the device is completely folded. Our kirigami based design strategy is applicable to fabrication of actuators, sensors, and robots.
T. H. Yang, H. Hida, D. Ichige, J. Mizuno, C. R. Kao, J. Shintake, Foldable kirigami paper electronics, Physica Status Solidi A: Applications and Materials Science, vol. 217, no. 9, p. 1900891, 2020.
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