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流体で動くロボットやデバイスにおいて、ポンプはそれらの駆動を担う重要な要素です。通常のポンプは内部にモーターやエンジンを内蔵しているため硬く、構造全体の柔らかさを求めるソフトロボットには不向きな場合があります。柔らかいポンプはこの問題解決の鍵となります。
Pumps play an important role in driving soft robots and devices that work with fluids. Normally, pumps are rigid because they have an electromagnetic motor or a combustion engine inside, and may be not suitable for soft robots that require compliance in their overall structure.
デュアルチャネル構造を有するファイバーポンプ
デュアルチャネル構造を有するファイバーポンプ
EHD Fiber Pumps with Dual-Flow Channels
EHD Fiber Pumps with Dual-Flow Channels
従来のファイバー型EHDポンプでは、電極表面の一部のみが作動流体に接しており、出力性能に制限がありました。本研究では、電極の内側と外側の両方に流路を設けたデュアルチャネル構造を提案し、電極表面をより有効に活用できるポンプを開発しました。また、魚型ロボットにおいて動作の実証も行いました。これにより、ファイバー型EHDポンプの性能向上と、流体駆動ソフトロボットへの応用可能性を示しました。
In conventional fiber-type EHD pumps, only part of the electrode surface is exposed to the working fluid, which limits their output performance. In this study, we proposed a dual-channel structure with flow paths both inside and outside the electrodes, enabling more effective use of the electrode surface. We also demonstrated the operation of the pump in a fish-like robot. These results demonstrate the improved performance of fiber-type EHD pumps and their potential for fluid-driven soft robotic applications.
多機能ファイバーポンプ
多機能ファイバーポンプ
Multifunctional Fiber Pumps
Multifunctional Fiber Pumps
電気流体力学（EHD）ポンプは、ソフトロボットなどへの応用が期待される一方で、従来のファイバー型EHDポンプには、伸縮性が低く、製作プロセスが複雑であるという課題がありました。本研究では、柔軟なシリコーンエラストマーと単純な浸漬プロセスを用いることで、高い伸縮性と容易な製作性を両立した新しいファイバー型EHDポンプを開発しました。開発したポンプは最大40%の伸縮性を示し、流量や圧力においても従来のEHDポンプと同等以上の性能を達成しました。さらに、2000回の伸縮・曲げサイクルに耐える耐久性に加え、ポンプ機能と、ひずみや流体の種類を検出するセンサー機能を両立できることを実証しました。
While electrohydrodynamic (EHD) pumps are promising for applications such as soft robots, conventional fiber-type EHD pumps have suffered from low stretchability and complex fabrication processes. In this study, we developed a new fiber-type EHD pump that combines high stretchability and simple fabrication by using a compliant silicone elastomer and a simple dipping process. The developed pump exhibited stretchability of up to 40% strain and achieved flow rates and pressures comparable to or higher than those of previously reported EHD pumps. Furthermore, in addition to its durability over 2,000 stretching and bending cycles, we demonstrated that the device can function both as a pump and as a sensor for detecting strain and fluid types.
PVCゲルポンプ
PVCゲルポンプ
PVC Gel Pump
PVC Gel Pump
本研究では、ポンプ用のスマートマテリアルとしてPVCゲルに着目し、それを用いた蠕動式のマイクロポンプを開発しました。PVCゲルの表面に微細加工を施すことで、電圧印加による変形を垂直方向（厚さ方向）のみに発生させる工夫を施しました。その結果、他のスマートマテリアルによるポンプと遜色ない性能を持つポンプが実現可能であることを示しました。
In this study, we focused on PVC gel as a smart material for pumps and developed a peristaltic micropump using PVC gel, which is deformed only in the vertical direction (thickness direction) under application of voltage thanks to the micro patterning on the gel surface. As a result, we have shown that it is possible to realize a pump with performance comparable to that of other smart material pumps.
ソフトポンプ用作動流体の調査
ソフトポンプ用作動流体の調査
Investigation of Working Fluid for Soft Pumps
Investigation of Working Fluid for Soft Pumps
ソフトポンプの性能は、内部を走る流体の特性に左右されます。本研究では、アジピン酸ジブチルにポリ塩化ビニルを添加することで、従来用いられていた作動流体よりも5倍以上高い性能が発揮できることを発見しました。
The performance of soft pumps depend on the characteristics of the fluid running inside. In this study, we found that the addition of polyvinyl chloride to dibutyl adipate can achieve a performance five times higher than that of a conventionally used working fluid.
ソフトポンプ
ソフトポンプ
Soft Pumps
Soft Pumps
このデバイスは櫛型の電極と、絶縁性流体が満たされた流路からなります。電圧の印加によって、流体分子がイオン化され、電極に引き寄せられます。この動きが全体としての流れを生み出し、デバイスはポンプとして機能します。ソフトポンプは、曲げたり伸ばしたりした状態でも流れを生み出すことができます。
The device shown on the right consists of interdigitated electrodes and a channel filled with a dielectric fluid. In response to the applied voltage, the fluid molecules are ionized and attracted to the electrodes. This phenomenon generates a unidirectional flow, which makes the device function as a pump. Our soft pump is capable of generating flow even under bent and stretched states.
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