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導電性のある柔らかい材料は、変形すると電気抵抗や静電容量が変化します。この特性は、対象とする物体の変形を検出するセンサとして利用することができます。高伸縮なセンサはソフトロボットやウェアラブルデバイスといった、大変形を伴うシステムに有用です。
Soft conductive materials change their electrical resistance and capacitance when they are deformed. These characteristics can be used for sensors that can detect deformations. Highly stretchable sensors are useful in systems that undergo large deformations such as soft robots and wearable devices.
誘電エラストマーセンサを用いた自己センシング可能なマッキベン型人工筋肉
誘電エラストマーセンサを用いた自己センシング可能なマッキベン型人工筋肉
Self-sensing McKibben artificial muscles embedded with dielectric elastomer sensor
Self-sensing McKibben artificial muscles embedded with dielectric elastomer sensor
マッキベン型人工筋肉に薄型の静電容量センサを統合することで、伸縮量の検出を可能にしました。本手法では単純な工程でセンサを付加することができるため、結果としてできる自己センシングが可能な人工筋肉の構造も単純にできる利点があります。並行して作成したモデルは、実験値と良い一致を示し、センサ応答の設計もできることが分かりました。
Integration a thin capacitive sensor into a McKibben artificial muscle has made it possible to detect the amount of expansion and contraction. Since the sensor can be added using a simple process, this method has the advantage of simplifying the structure of the resulting self-sensing artificial muscle. The model built in parallel showed good agreement with the experimental data, indicating that it is possible to design the sensor response.
スリーブを外した状態と装着した状態のセンサ付き人工筋肉(上)、およびその断面形状(下)
Artificial muscle with and without sleeve (top) and the cross-sectional view (bottom)
オーセチック構造体の統合による高伸縮な静電容量型歪みセンサの感度向上
オーセチック構造体の統合による高伸縮な静電容量型歪みセンサの感度向上
Sensitivity improvement of highly stretchable capacitive strain sensors by hierarchical auxetic structures
Sensitivity improvement of highly stretchable capacitive strain sensors by hierarchical auxetic structures
高伸縮な静電容量型の歪みセンサは、電気抵抗型に比べて様々な優位点を持ちますが、一方で感度が低いことが指摘されています。そこで、センサにオーセチック構造体を取り付けることで感度向上を行いました。オーセチック構造体は負のポアソン比を持ち、これによってセンサの変形を感度が上昇するようにプログラムすることができます。実験の結果、通常形態のセンサと比べて感度が約2倍向上していることが分かりました。
Highly stretchable capacitive strain sensors have several advantages compared to those based on resistive sensing. On the other hand, the sensitivity of capacitive type sensors are generally low. To address this issue, we have proposed to integrate auxetic structures with the sensors. Auxetic structures have a negative Poisson's ratio that allows to mechanically program the deformation of the devices such that their sensitivity is enhanced. The result shows that the sensitivity is improved by a factor of two compared to sensors with a normal configuration.
新竹純，荻島啓太，永井敏輝，静電容量型ソフト歪みセンサの感度向上，Dynamics and Design Conference, 361, 2019.
オーセチック構造体を統合した高伸縮な静電容量型歪みセンサの伸びに対する変形
Deformation of the highly stretchable capacitive strain sensor integrated with an auxetic structure
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