風圧分布を高密度に計測できるセンサーフィルムを開発

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鳥の翼をヒントに、切り紙構造と印刷技術で風圧分布を可視化

ポイント
  • フィルムに形成した切り紙構造の動きを利用して風圧の分布を高密度に計測
  • 格子状に並んだ羽根状のフィルムの動きを、印刷法で形成した高感度ひずみセンサーで個別に検出
  • 低燃費ボディーの開発や姿勢制御技術の高度化など、モビリティー分野での幅広い応用に期待

 

概要

 国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)フレキシブルエレクトロニクス研究センター【研究センター長 鎌田 俊英】印刷プロセスチーム 金澤 周介 研究員、牛島 洋史 研究チーム長 兼 同センター 副研究センター長は、風圧の分布を高密度に計測できるセンサーフィルムを開発した。

今回開発したセンサーは、単一の樹脂のフィルムを切り紙細工のように加工して小さな羽根状の可動構造を形成し、その動きを利用して風圧の分布を計測するものである。風圧に応じて動く羽根状の可動構造が格子状に並ぶことで、フィルムが受ける風圧の分布を個々の可動構造の動きとして捉える。フィルムの表面には高感度なひずみセンサーが印刷法によって形成されており、可動構造の動きを個別に検出することで風圧の分布を計測する。従来にはない高密度な風圧分布の計測ができることに加え、車体のような曲面体が受ける風圧の計測にも利用できる。また、印刷法とフィルム加工で製造できるため、センサーの大面積化も容易である。自動車や航空機の低燃費化や姿勢制御の高度化など、モビリティー分野での幅広い応用が期待される。

なお、このセンサーフィルムを用いた風圧分布計測システムは2018年2月14日~16日に東京ビッグサイト(東京都江東区)で開催される展示会「プリンタブルエレクトロニクス2018」で一般に公開される。

開発したセンサーフィルムの外観(左)と車のフロントガラス上での風圧分布計測の様子(右)の写真
開発したセンサーフィルムの外観(左)
車のフロントガラス上での風圧分布計測の様子(右)

 

開発の社会的背景

 飛行機が乱気流に突入した時の揺れには誰もが不安や不快感を覚える。こうした乱気流の中でも安定した飛行体勢を維持するために、バイオミメティクスの分野からは鷹やハヤブサなどの鳥類が持つ風圧検知機能の模倣が有効であると提案されている1。鳥類は翼の羽根1本1本を使って風を面状に受け、風圧の分布や流入角度を捉えることで飛行に最適な姿勢を選択する。この高度な風圧検知を人工的に行うには、風圧の分布を高密度に計測できるセンサーが必要である。また、このようなセンサー機能は自動車の低燃費ボディーの開発をはじめ各種産業への広い技術応用が期待できる。しかし、従来の風圧や風速の検出センサーは設置された1点のみを計測できるが、多点の計測には個別のセンサーを並べて設置する必要があり、高密度な分布計測は困難であった。また自動車や飛行機のボディー表面で計測するには、曲面形状への設置や大面積化が必要であり、これらを可能にする新たなセンサーデバイスが求められていた。

A. Mohamed et al., Journal of Aircraft 52, 827 (2015).

 

研究の経緯
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