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» 2020年01月16日 07時00分 公開

ロボット開発ニュース:軽量かつ低消費電力のアシストスーツ、NEDOが信州大学と共同開発

NEDOと信州大学はPVCゲルアクチュエーターを搭載した腰サポートウェアを共同開発した。重量が2kg程度と軽量で電力消費が少ない。研究開発を進め2021年までの製品化を目指す。

[池谷翼,MONOist]
NEDOと信州大学が共同開発したアシストスーツ NEDOと信州大学が共同開発したアシストスーツ(出典:NEDO/信州大学)

 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と信州大学は2020年1月14日、ポリ塩化ビニール(PVC)ゲルアクチュエーターを搭載した腰サポートウェアを共同開発したと発表した。開発した腰サポートウェアは、重量が2kg程度と軽量で低消費電力であることを特徴としている。PVCゲルアクチュエーター自体が弾力的に変形しやすいため、装着時の拘束感が少なく、装着者へのストレスも少ない。今後、さらなる軽量化や高出力化、安全性の確保のための研究開発を行い、2021年までの製品化を目指す。

 今回開発した腰サポートウェアに採用したPVCゲルアクチュエーターは、これまで腰サポートウェアのアクチュエーターとして検討されてきた誘電エラストマーアクチュエーターと比較して、同程度の膜厚で10分の1以下の電圧で駆動させられる。また、今回使用しているPVCゲルアクチュエーターは陽極として金属メッシュを用いており、PVCゲルがメッシュの空隙に入り込む挙動を利用することで、膜厚方向に10%以上収縮する。

(a)誘電エラストマーの変形概略図と、(b)PVCゲルのクリープ変形挙動 (a)誘電エラストマーの変形概略図と、(b)PVCゲルのクリープ変形挙動(出典:NEDO/信州大学)
PVCゲルアクチュエーターの構造の断面イメージと変形イメージ PVCゲルアクチュエーターの構造の断面イメージと変形イメージ(出典:NEDO/信州大学)

 開発した腰サポートウェアは、積層したPVCゲルアクチュエーターを直径約6cm、長さ約45cmの筐体に格納し、本体に取り付けられた上肢と下肢のハーネスを、肩と大腿部にそれぞれ装着して使用する。アクチュエーターの駆動に伴い、アクチュエーター下部に接続されている下肢ハーネスを引き上げることで上肢と下肢間に引張力が発生し、能動的に腰の負担を軽減することができる。また、全体の重量は2kgと軽量で低消費電力である。加えて、PVCゲルアクチュエーター自体が弾力的に変形しやすいため、人の動作も拘束しにくい。

腰サポートウェアの上肢・下肢ハーネスに働く力 腰サポートウェアの上肢・下肢ハーネスに働く力(出典:NEDO/信州大学)

 介護や物流現場などの作業を支援するアシストスーツの動力源としてはモーターが用いられていることが多い。しかし、重い、硬い、駆動音が大きい、拘束感が強いなどの課題が指摘されている。モーターに替わるアクチュエーターとして、電場を加えることで数百%という大きなひずみを示す誘電エラストマーアクチュエーターが検討されてきたが、エネルギー効率が高い一方で駆動電圧に数千Vの高電圧が必要だった。PVCゲルアクチュエーターは、その10分の1以下の低い電圧で駆動できるため、柔軟、軽量、静音など人との親和性が高いアシストスーツの開発につなげられる。

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