誘電エラストマー試験ソリューション

概要

誘電エラストマーは「人工筋肉」として機能する材料です。高電圧の電界によって表面電荷が再分布し、膜が変形します。

パワーアンプは、その駆動に欠かせない装置です。低レベルの制御信号を数百ボルトから数十キロボルトまで昇圧すると同時に、波形・周波数・位相を精密に調整することで、生体模倣ロボットのソフトグリッパー、羽ばたき型マイクロ飛行体、ウェアラブル医療センサーなどを実現します。

現在の課題は、多くの材料が要求する広い帯域幅と、高電界下での絶縁破壊のリスクです。そのためパワーアンプには、堅牢な過電圧保護と高いスルーレート性能の両立が求められます。

今後、ワイドバンドギャップ半導体、新しいエラストマー材料、AIによる適応制御といった技術の進歩により、ソフトロボットや埋め込み型医療機器は研究室の段階から日常の現実へと移行していくでしょう。

推奨製品

テストソリューション

• 高電圧出力により、高電圧アプリケーションの大部分をカバー

• リアルタイムのフィードバック制御とAIノイズ分離アルゴリズムにより、THD ≤ 0.1 %を維持

• 完全なプログラム制御とリモート制御に対応し、自動試験プラットフォームへシームレスに統合可能

• 広帯域増幅により、高電圧下でも波形の忠実性を確保

• 高分解能の多段階電圧ゲイン調整により、きわめて高精度な出力を実現

ソリューションの特長

• 4象限動作により、容量性・誘導性・抵抗性のあらゆる負荷を駆動可能

• 高電圧出力により、誘電エラストマーアクチュエーターが必要とする励起エネルギーを供給

• 周波数・電圧・電流レンジを幅広く選択可能

• 数値制御のゲインにより、駆動電圧をステップ単位で細かく調整可能

• 過電流遮断と電流制限出力による充実した機器保護機能

応用事例1：シリコーンゴム系誘電エラストマー複合材料の電気機械特性の研究

人類の生産力が発展を続けるなか、従来の機械材料は特殊な用途に適さない場合が多く、剛性が高すぎるために性能を妨げたり、損傷を招いたりすることさえあります。そのため、金属を補完し、システム全体の性能を高める新材料が強く求められています。電気エネルギーを直接機械的な仕事に変換するスマートソフト材料である誘電エラストマーは、活発な研究の対象となっています。これまでに誘電エラストマーアクチュエーターは、航空宇宙、精密機械、生体医工学の分野で大きな可能性と幅広い将来性を示しています。

この分野では、AigtekのATA-7050ATA-7050Aigtek ATA-7000シリーズ 高電圧アンプ 10kVp-p、100Wpお問い合わせ詳しく見る高電圧アンプが広く採用されています。最大20kVの出力により、誘電エラストマー試験の大半の駆動要件に対応します。

応用事例2：誘電エラストマーのアクチュエーション実験

誘電エラストマーの実験において、パワーアンプは欠かせない「筋肉のエンジン」です。まず低レベルの制御信号を、エラストマーを駆動できる電力レベルまで増幅します。次に、パワーアンプの高電圧出力によって膜の両面間に強い電界を発生させ、内部の電荷を再分布させて変形を引き起こします。生じるひずみの大きさと機械的応答の速さは、パワーアンプのゲイン効率と出力の安定性によって直接決まります。つまり、パワー段は、微弱な指令波形とマクロな「人工筋肉」の動きとを結ぶ重要な要素です。