共同研究・競争的資金等の研究 - 真下 智昭
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肺末梢にアプローチ可能な鉗子ロボットの設計と実証
研究課題/領域番号：22H01446 2022年04月 - 2025年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
真下 智昭
配分額：17550000円 （ 直接経費：13500000円 、 間接経費：4050000円 ）
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消化管内腔での生検と移動を行えるカプセルロボットの開発
研究課題/領域番号：19H02110 2019年04月 - 2022年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
真下 智昭, 岡田 浩
配分額：17550000円 （ 直接経費：13500000円 、 間接経費：4050000円 ）
マイクロ超音波モータの効率の向上を目的として，せん断変形を生じる15モード素子と，単結晶圧電材料であるPMN-PTの，二種類の圧電材料について検討を行った．15モード素子を用いたマイクロ超音波モータでは，Q値および結合係数の改善が見られ，モータを試作し，駆動実験を行ったところ，40μNm以上のトルク，2%以上の効率が得られた．これらは，従来のモータと比べて，約3倍の性能である．単結晶圧電材料PMN-PTを用いて，マイクロ超音波モータの試作を行ったところ，トルク，効率ともに，従来比約2倍の性能向上が観察された．いずれも15V程度の電圧で駆動できるようになり，発熱も抑えられることが確認された．
マイクロ超音波モータに，マイクロギアを取り付けたマイクロギアードモータの試作を行い，このモータを用いて車輪型マイクロロボットの開発を行った．約10mmの大きさでも力強く動かすことのできるマイクロロボットである．実験では，ギアの出力トルクに対してロボットが小さく軽いためスリップを起こす問題が生じた．移動面に適切な摩擦係数の材料を用いることで，マイクロロボットは安定して駆動できるようになった．デモでは，斜面を準備し，移動性能の評価を行った．
マイクロ超音波モータにプロペラを取りついた移動機構の開発も行った．高い回転数を必要とするため，マイクロ超音波モータをベンディングモードで駆動することを考案し，20000rpm以上の高速回転を得た．プロペラを取り付けて，短時間の浮揚にも成功したが，液中駆動にも使えるアイデアである．
扁平型モータを用いたマイクロハンドの設計開発を行った．試作したモータと機構で，小さいものであれば動かすことのできる出力が観察された．ハイスピードカメラを用いてこの機構を画像フィードバックするシステムの開発を行った． -
研究課題/領域番号：16H06075 2016年04月 - 2019年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究(A) 若手研究(A)
真下 智昭
配分額：24310000円 （ 直接経費：18700000円 、 間接経費：5610000円 ）
これまでの研究で開発した1mm角のマイクロ超音波モータは，10μNmというトルクを発生でき，同様のサイズの先行研究が発表した結果と比べると数百倍大きいものである．本研究では，このマイクロ超音波モータの性能向上に取り組み，マイクロギアを取り付けて，従来と比べて約100倍となる，最大1mNmのトルクを実現した．さらに，マイクロ超音波モータを用いて，パンチルト機構，リンク機構などのマイクロロボットの開発を行い，機構を評価するための力学モデルを構築し，実験的に検証および評価を行った．その他にも，マイクロリニア超音波モータの開発や，小型化したときの性能を予想するスケール則の導出に成功した．
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研究課題/領域番号：15H03937 2015年04月 - 2018年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
三好 孝典, 今村 孝, 上 泰, 真下 智昭, 石橋 豊, 小山 慎哉, 上木 諭, 寺嶋 一彦, 兼重 明宏, 青木 悠祐, 北川 秀夫, 三枝 亮, 大場 譲, 河合 康典
配分額：16640000円 （ 直接経費：12800000円 、 間接経費：3840000円 ）
マスターである人間の運動や力覚を遠隔地において忠実に再現しようとするロボットをテレコピーロボットと定義したとき，自身のコピーロボットが遠隔地に存在し，その遠隔地に居る人間（マスター）のコピーが目前に存在する環境において，1.テレコピーロボットの概念の提示と，それを実現するための全方向移動機能を有した双腕コピーロボットの製作．2.通信遅延に対して安定な4chバイラテラル制御アルゴリズムの提案と実装．3.コピーロボットによるバイラテラル遠隔制御の実現．を行い，目前のコピーロボットを通じてあたかも遠隔地のマスターと直接力学的インタラクションをしているかのような体験が実現可能であることが実証された．
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マイクロ圧電アクチュエータ群を搭載したカプセル型治療ロボットの開発
研究課題/領域番号：25709017 2013年04月 - 2016年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究(A) 若手研究(A)
真下 智昭
配分額：14430000円 （ 直接経費：11100000円 、 間接経費：3330000円 ）
カプセルサイズの機器への実装を目指して開発した1mm角のマイクロ超音波モータでは，10マイクロNmというトルクを達成したが，これは同様のサイズの先行研究が発表した結果と比べると，数百倍大きいものである．モータの性能を評価するための力学モデルを作り，実験結果を理論的に評価した．ステータ，ロータ，予圧機構を含めたモータ機構の小型化設計を行い，直径約0.8mmのマイクロコイルを用いた予圧機構を開発し，モータを全体で約2mmまで小型化することに成功した．さらに小さい0.5mm角の世界最小超音波モータの駆動に成功し，複数個のモータの同期制御を実現するためのモータドライバ回路の開発を行った．
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研究課題/領域番号：24656113 2012年04月 - 2014年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究 挑戦的萌芽研究
真下 智昭, 三好 孝典, 寺嶋 一彦, 寺嶋 一彦
配分額：3770000円 （ 直接経費：2900000円 、 間接経費：870000円 ）
高速度カメラによって超音波モータが発生する超高速，超微小の楕円運動を観察できるシステムを構築し，モータの出力と楕円運動の関係を明らかにした．楕円運動に基づく超音波モータの出力のモデルを開発し，実験でモデルを検証し，よく一致することを確認した．また，人とのコンプライアンスを高めることを目的として，モータドライバやロボットアームを開発し，超音波モータのトルク制御やバックドライバビリティを瞬時に実現することも可能にした．
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脳梗塞治療ロボットに関する研究
研究課題/領域番号：07J08111 2007年 - 2008年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費 特別研究員奨励費
真下 智昭
配分額：1800000円 （ 直接経費：1800000円 ）
脳血管内および循環器系血管内における治療や診断を可能にする脳梗塞治療ロボットの開発を目的として,MRIコンパチブルな手術支援マニピュレータおよび,マイクロ回転直動圧電アクチュエータ(以後,回転直動モータ)に関する研究開発を行った.
MRIコンパチブル手術支援マニピュレータは,3自由度回転が可能な球面超音波モータを用いて,マニピュレータを試作した.手術支援マニピュレータのための新しい球面超音波モータを開発した.そのセンシングには,光ファイバをセンシングヘッドとして用いて,3次元空間における2自由度回転を検出可能なセンシングシステムの開発を行った.また球面超音波モータのMRIコンパチブルテストも実施した.
また,シンプルな構造で回転と直動が得られる回転直動モータの設計開発を行った.現在までにステータを3.5mmまで小型化し回転直動駆動に成功し,その性能の評価を完了した.(成果は現在投稿中である).現在は2mmのステータに着手し,回転と直動の実現に成功した.血管内検査機器のアクチュエータとして十分な回転数(約1000rpm)と直進速度が得られている.しかし製作方法,与圧のかけ方の機構,トルクなどに課題が残る.
また回転直動モータに同様の原理を用いて,流体を搬送,回転の駆動にも成功した.これの特長は脳梗塞治療ロボットの場合において,削り取った血栓の除去搬送,薬剤の投与等を可能にする.また脳梗塞治療ロボット以外の場合でも,食品工場,化学プラント,などへの応用が期待される.