早稲田大学大学院 創造理工学研究科
博士論文審査報告書
論 文 題 目 Paper mechatronics
- Creation of a self-folding robot with printing methods -
ペーパーメカトロニクス
- 印刷法を用いたロボット作製法の創成 -
申 請 者
Hiroki SHIGEMUNE
重宗 宏毅
総合機械工学専攻 知能機械学研究
2018 年 2 月
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（ １ ） 審 査 経 緯
博 士 論 文 審 査 の 経 緯 を 以 下 に 示 す ．
・2017 年 10 月 23 日 副 査 説 明 会
・2017 年 11 月 23 日 予 備 審 査 会
・2017 年 12 月 7 日 教 室 受 理 決 定
・2017 年 12 月 21 日 創 造 理 工 学 研 究 科 運 営 委 員 会 受 理 決 定
・2018 年 1 月 19 日 博 士 論 文 読 み 合 わ せ 会
・2018 年 1 月 19 日 公 聴 会
・2018 年 2 月 7 日 審 査 分 科 会
・2018 年 2 月 25 日 研 究 科 運 営 委 員 会
（ ２ ） 論 文 背 景 ・ 内 容 ・ 評 価
2012 年 に ク リ ス ・ ア ン ダ ー ソ ン が 「MAKERS」 を 著 し て 以 降 ，3D プ リ ン タ を 中 心 と し た 新 し い 生 産 ス タ イ ル が 注 目 を 集 め て い る ．3D プ リ ン タ や 電 子 制 御 モ ジ ュ ー ル の 低 価 格 化 ・ 普 及 に 伴 い ， 誰 で も 手 軽 に 立 体 構 造 や 電 気 回 路 を 製 作 で き る よ う に な っ た こ と で ， 産 業 革 命 以 降 主 流 で あ っ た 工 場 制 機 械 工 業 が 家 内 制 手 工 業 へ 回 帰 す る 流 れ が 起 き て い る ． こ の 生 産 ス タ イ ル の 特 徴 は ， 特 別 な 技 術 ス キ ル を 持 た な い 個 人 で も ア イ デ ア を 容 易 に 具 現 化 で き る こ と に あ り ， 典 型 的 な 多 品 種 少 量 生 産 と 言 え る ． 近 年 で は ，3D プ リ ン タ の 性 能 も 大 き く 向 上 し ， 使 用 可 能 な 材 料 の 広 が り ， 高 精 度 ・ 高 速 化 が 進 み ， こ れ ま で の 機 械 加 工 で は 不 可 能 で あ っ た 造 形 も 可 能 と な っ て い る ． そ の 結 果 ， 特 に 複 雑 な 機 能 を 要 求 さ れ る ロ ボ ッ ト の 分 野 で は ， 新 し い 発 想 で の 設 計 が 行 わ れ る よ う に な っ た ． し か し ， 複 雑 な 立 体 構 造 を と り ， さ ら に 電 気 ・ 電 子 回 路 や ア ク チ ュ エ ー タ ， セ ン サ な ど を 統 合 し な け れ ば な ら な い ロ ボ ッ ト シ ス テ ム の 開 発 に 対 す る 敷 居 は 未 だ 高 い と 言 え る ． 現 状 で は ，3 D プ リ ン タ で 製 作 し た ボ デ ィ に ， ア ク チ ュ エ ー タ ， セ ン サ ， 電 子 回 路 な ど を 組 み 合 わ せ る こ と で ロ ボ ッ ト は 組 み 立 て ら れ て い る ． す な わ ち ， 新 し い 加 工 方 法 は あ る も の の ， 大 部 分 の 製 作 工 程 は 既 に 用 意 さ れ た 部 品 の 組 み 合 わ せ が 基 本 と な っ て い る ． MAKERS の 発 想 で 将 来 の ロ ボ ッ ト お よ び メ カ ト ロ ニ ク ス シ ス テ ム の 開 発 を 考 え る な ら ば ， 機 械 と 電 気 の 隔 た り を 縮 め ， 機 械 と 電 気 を 一 体 と し て 作 り 上 げ て し ま う 方 法 論 を 考 え る こ と が ， 新 し い パ ラ ダ イ ム へ の 道 筋 と な る か も し れ な い ．
こ の よ う な 新 し い 生 産 ス タ イ ル 発 展 の 潮 流 の 中 で ， 本 論 文 は ， 機 械 と 電 気 の 作 製 法 に 対 す る 統 一 的 方 法 論 の 提 案 を 目 指 し ， そ の 一 手 法 と し て 印 刷 法 を 用 い た ロ ボ ッ ト 作 製 法 「 ペ ー パ ー メ カ ト ロ ニ ク ス 」 を 提 案 し て い る ． 具 体 的 に は ， 紙 へ の 印 刷 に よ っ て ロ ボ ッ ト 構 成 要 素 の 構 造 ・ 配 線 ・ ア ク チ ュ エ ー タ
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を 一 体 と し て 製 作 す る こ と の 方 法 論 ， 実 現 可 能 性 ， 問 題 点 な ど を ， ロ ボ ッ ト に 求 め ら れ る 機 能 の 実 現 と 合 わ せ て 議 論 し て い る ． ペ ー パ ー メ カ ト ロ ニ ク ス の 基 板 と し て は ， 低 コ ス ト ・ 軽 量 で あ り な が ら ， 高 い 可 撓 性 と 吸 水 性 を 有 す る ユ ニ ー ク な 薄 膜 材 料 で あ る 紙 に 着 目 し て い る ． 紙 は 古 く か ら 印 刷 法 と 共 に 発 展 し て き た 材 料 で ， 現 在 も 様 々 な 目 的 を 背 景 に 研 究 開 発 が 行 わ れ て お り ， そ の 応 用 先 は 広 く ，ロ ボ ッ ト の 素 材 と し て の 実 現 可 能 性 も 高 い と 考 え ら れ る ．
本 論 文 で は ， ペ ー パ ー メ カ ト ロ ニ ク ス の 構 成 要 素 の 製 作 方 法 に つ い て ， 以 下 の 提 案 を し て い る ． 構 造 の 製 作 で は ， イ ン ク ジ ェ ッ ト プ リ ン タ を 用 い た 紙 の 自 動 立 体 構 造 形 成 法 を 開 発 し て い る ． プ リ ン タ に 投 入 し た 1 枚 の 紙 に ， 開 発 し た 高 揮 発 性 イ ン ク を 線 と し て 印 刷 す る こ と で ， 線 に 沿 っ て 紙 が 自 動 的 に 折 れ 曲 が り 構 造 を 形 成 す る も の で あ る ． こ れ と 従 来 か ら 提 案 さ れ て い た 銀 ナ ノ 粒 子 イ ン ク を 用 い た 配 線 形 成 法 と 統 合 す る こ と で ， 構 造 と 電 気 的 機 能 を 同 時 に 合 わ せ 持 つ 立 体 配 線 基 板 を 印 刷 法 の み で 製 作 す る こ と に 成 功 し て い る ． こ れ は ペ ー パ ー メ カ ト ロ ニ ク ス ， 印 刷 ロ ボ ッ ト の 基 盤 と も い え る 重 要 な 技 術 と 言 え る ． ア ク チ ュ エ ー タ に 関 し て も ， 高 出 力 タ イ プ の 電 気 熱 ア ク チ ュ エ ー タ ， 高 速 タ イ プ の 静 電 ア ク チ ュ エ ー タ な ど を 、 い ず れ も 印 刷 法 で 紙 基 板 上 に 試 作 し ， そ の 動 作 を 実 験 に よ り 確 認 し て い る ． こ れ ら は ， ロ ボ ッ ト の 新 し い 構 成 法 を 示 し た も の と 言 え る ．
以 上 要 す る に ， 本 論 文 は ， 機 械 系 と 電 気 系 を 統 一 的 に 設 計 ・ 製 作 す る 手 法 と し て ， 印 刷 法 を 用 い た ペ ー パ ー メ カ ト ロ ニ ク ス を 提 案 し ， 実 際 に 自 動 的 に 3 次 元 の 構 造 物 と な る 印 刷 法 を 示 し ， ま た ， 紙 基 板 上 に ア ク チ ュ エ ー タ を 構 成 し て 簡 易 ロ ボ ッ ト を 製 作 し て そ の 動 き を 確 認 す る な ど に よ り ， ペ ー パ ー メ カ ト ロ ニ ク ス の 基 礎 を 構 築 し た も の で あ る ． こ れ ま で は 要 素 技 術 の 提 案 に 留 ま っ て い た 印 刷 法 に よ る メ カ ト ロ ニ ク ス 開 発 を ， 具 体 的 な ロ ボ ッ ト と し て 組 み 上 げ る 技 術 を 示 し た こ と は 画 期 的 な 成 果 で あ り ， 今 後 の 新 し い も の づ く り の 方 法 論 を 示 し た 点 か ら ，生 産 分 野 に 対 す る 寄 与 は 多 大 で あ る ば か り で な く ， 機 械 工 学 お よ び 電 気 ・ 電 子 工 学 の 発 展 に も 大 き く 貢 献 す る も の で あ る ． よ っ て ， 本 論 文 は 博 士 （ 工 学 ） 早 稲 田 大 学 の 学 位 論 文 と し て 価 値 あ る も の と 認 め る ．
（ 本 文 終 わ り ） 2018 年 2 月
審 査 員
主 査 早 稲 田 大 学 教 授 工 学 博 士 （ 早 稲 田 大 学 ） 菅 野 重 樹
年 月 日
副 査 早 稲 田 大 学 教 授 工 学 博 士 （ 早 稲 田 大 学 ） 橋 本 周 司
年 月 日
副 査 早 稲 田 大 学 教 授 医 学 博 士 （ 東 京 女 子 医 科 大 学 ）、
工 学 博 士 （ 早 稲 田 大 学 ） 梅 津 光 生
年 月 日
副 査 早 稲 田 大 学 教 授 工 学 博 士 （ 東 京 大 学 ） 大 谷 淳
年 月 日
副 査 早 稲 田 大 学 教 授 工 学 博 士 （ 早 稲 田 大 学 ） 高 西 淳 夫
年 月 日
副 査 早 稲 田 大 学 准 教 授 博 士 （ 工 学 ） 早 稲 田 大 学 梅 津 信 二 郎
年 月 日
