ビーズアクチュエータの提案と実装
辰田 恵美

1

(指導教員：椎尾 一郎)

はじめに

4

手芸ブームである昨今，ビーズでアクセサリーや小物を作る人はたくさんいる．しかし，多くの人が作るだけで満足してしまっており，作った作品の多くが眠っている状態にある場合が多い．そこで，ビーズの新しい可能性として本論文ではビーズロボットを提案し，その基本的アクチュエータの試作を行った．

2

市販ビーズによる試作本研究でバイオメタルとマッスルワイヤーを採用した理由は以下の３点である．
• ビーズに空いている穴は全て約１ｍｍ前後ととても小さい• 通常は柔らかくしなやかだが，電流を通すことにより強い力で収縮し，多様な動きをすると考えられる• 繰り返し何度でも使えるという耐久性にも優れている

ビーズロボット

また，本研究で使用したビーズは図 2 で，テグスも用いパーツを試作した．

図 1: イメージ図 耳が動く

図 2: 使用ビーズの表

ビーズで作った小物が動いたら見ていても楽しいし，作る時も作った後も楽しめると考え，図 1 のような小物の耳などが動くビーズロボットを提案する．今回はビーズロボットの実現のためにビーズアクチュエータ(駆動装置) を試作した．

以下，バイオメタルとマッスルワイヤーに単純にビーズを通したものを基本パーツ，ビーズをテグスで編んだものにバイオメタルとマッスルワイヤーを通したものを応用パーツとする．

3

4.1

アクチュエータ

バイオメタルに単純にビーズを通し，U 字にした状態でワイヤーの両端に電圧をかけ，どのような動きをするかを試した．(図 3)

本研究では，アクチュエータとしてトキ・コーポレー
ション1 のバイオメタル「BMF」(バイオメタルファイバー)「，BMX」(バイオメタルへリックス) や MONDO・TRONICS,INC.2 のマッスルワイヤーを利用した．バ
イオメタルに様々なビーズを組み合わせることで，ビーズの物理的形状に応じた動き方を作ることが出来ると考えた．そこで，動くビーズの小物を作るためのパーツを試作した．
バイオメタルとは，形状記憶合金の一種で，電流を流すと筋肉のように動く細い繊維状のアクチュエータである．通常は，柔らかくナイロンの糸のようにしなやかだが，電流を流すとピアノ線のように強靭になり，強い力で収縮する．
バイオメタルには BMF(バイオメタルファイバー)と BMX(バイオメタルへリックス) の２種類がある．
BMF は細線状で，力はあるが変位は全長の５％程度と少ない．BMX はコイル状で，力はないが変位は全長の 100 ％〜200 ％程度と大きい．
また，マッスルワイヤーとはバイオメタルと同じく，筋肉のような働きをするワイヤーのことである．

1トキ・コ ー ポ レ ー ション 株 式 会
http://www2.toki.co.jp/biometal/index.php
2 MONDO・TRONICS,INC.:
http://www.jameco.com/Jameco/robot/robotstore.html

基本パーツ

図 3: 基本パーツ．
竹ビーズのみで試したところ，曲がり方がなめらかではなかったため，カーブが大きい部分に丸小を挿入したところ，滑らかになった．(図 4) 次に，先ほどの組み合わせのビーズの根元部分に竹ビーズを２個ずつ入れて試した．根元の竹ビーズはあまり動かず，カーブの急なところのみが動くことを期待したが，全体が動いてしまった．
次に，マッスルワイヤーの長さに合わせてチェコシズクを通した．ビーズとビーズの間が縮まりチェコシズクが前後にずれることにより多様な動きが起こることを期待したが，もごもご動くのみにとどまった．(図4：左) 原因として，チェコシズクはビーズの中では大社:

41

きく重い部類に入るため，マッスルワイヤーがビーズの重さに耐えられなかったためと考えられる．このため，次はビーズの重さに耐えうる太さのマッスルワイヤーを使ったが，今度は線が太く固すぎたのか動かなかった．(図 4：一番右)

図 4: 左：竹ビーズと丸小4.2

他にバイオメタルを通せば，特定の方向のみに動き，また，テグスで動きが安定させられると考え，竹ビーズを利用し３つ穴と４つ穴ビーズを作成した．(図 7)

図 7: ３つ穴ビーズと４つ穴ビーズ

右：チェコシズク

市販のビーズでは BMF でないとあまり動かず，BMX では動きが少なかったが，今回自作ビーズを採用したことにより，テグスで動きを安定させることができ，多様な動きが実現した．

応用パーツ

テグスでビーズを八の字編みをしたものにバイオメ
タルを通して動きを試した．(図 5)

6

手芸作品にアクチュエータを用いた研究に，ぬいぐ
るみロボット [1] ある．また，形状記憶合金をアクチュエータに使った研究には，音楽インターフェース [2]や，ペーパーロボット [3] がある．また，テクノ手芸部3 では，電子工作と手芸を組み合わせた，新しいクラフトを提案している．

図 5: 応用パーツ

7

基本パーツはビーズの重さで垂れ下がってしまうが，これはテグスで一度編んでいるため少し強度があり，垂れ下がることはなく１は腹筋運動をするように動いた．２はビーズ部分は１と同じだが，ワイヤーを通す場所を変える (図 6) と動きがかわると考えられるので，通す場所を２個目の円までにした．２個目までしか通さないことにより，先端の３個は下の動きにあわせて動いていた．また，竹ビーズと組み合わせることで動きがかわると予想し，試してみたところ，ゾウの鼻のように巻き上げる動作をした．最後に一番小さい丸小４つで円を作りそれを編んで行くやり方を試したとこ
ろ，これは編み込みが固すぎたのかあまり動かなかった．５のように３をさらに編みこんだものの両端にワイヤーを通したものも試したが，やはり編みこみがきつく思うように動かなかった．

まとめ

バイオメタルやマッスルワイヤーを用いた，簡単に，動くビーズの小物が作れるパーツを提案，試作した．
バイオメタルにビーズを通しただけでは動きのパターンが制限されるた，やはりテグスを使って形を作ってからバイオメタルを通して動かした方が場合によっては良い結果を得ることが出来た．また，３つ穴４つ穴ビーズを作ったことにより，多様な動きの表現が可能となった．

謝辞
本研究を進めるにあたり，ご助言，ご指導いただきましたお茶大アカデミックプロダクションの塚田浩二
氏に深く感謝いたします．

参考文献[1] 椎名美奈，石川達也，長谷川晶一：ぬいぐるみの柔軟性を持ったロボティック・ユーザ・インタフェー
ス (RUI) の構築，日本バーチャルリアリティ学会
第 13 回大会論文集 (2008 年 9 月)
[2] 高橋征資：人工筋肉による触覚的な音楽用インターフェースの開発，2007 年度森基金研究所育成費研究成果報告書 (2007)
http://www.riken.go.jp/rworld/info/release/press/2005/050303/index.html[3] Greg Saul，Cheng Xu ，Mark D Gross: Interactive Paper Devices: End-user Design and Fabrication，TEI2010 pp.205-212，(2010)

図 6: 応用パーツ一覧：ピンクの○は丸小ビーズ，緑の○は三角ビーズ，□は竹ビーズを表している．

5

関連研究

自作ビーズによる試作

前述の試作では，ビーズの穴の中でバイオメタルが回ってしまい動きが安定しないという問題点が出た．
そこで，３つ穴，４つ穴のビーズのうち２つにテグス，

3 テクノ手芸部: http://www.techno-shugei.com/

42