Syringe-worked Mermaid

2016. 10. 10

Abstract :
Underwater entertainment items have been used in many situations: aquariums, fountains, and water tanks displayed in public areas, for example. Control methods for the real-world objects used in such entertainment situations are got growing interests related to interactive technologies and digital fabrication technologies. In the context of display technologies, it is expected installations within water will continue to fascinate people in many situations such as window displays, shops, and museums. This research is motivated by the digital control of underwater objects in water tanks, i.e., real objects that are suspended and moved mid-water without actuators such as fins, motors, and water-jets. To study the controllability of underwater objects, we focused on a classic science experiment called the Cartesian diver. A Cartesian diver is often used to demonstrate Pascal’s law and Archimedes’ principle. The Cartesian diver is an object which has a cavity in its body that holds air and is immersed in a container of water. It is possible to change the buoyant force acting on the Cartesian diver by changing the water pressure in the container. The change in the water pressure within the bottle alters the volume of air in the cavity of Cartesian Diver. Thus, the Cartesian diver moves up or down in the bottle.

Amy Koike, Satoshi Hashizume, Mose Sakashita, Yuki Kimura, Daitestu Sato, Keita Kanai, and Yoichi Ochiai
University of Tsukuba

本研究は、浮沈子の構造を用いることで3Dファブリケーションしたものに操作性を与えた研究です。浮沈子は水の入った容器に入れて、その容器を押したり離したりすることで容器内で浮いたり沈んだりする玩具で、パスカルの定理やアルキメデスの原理のデモンストレーションによく用いられます。浮沈子内部には空洞と水の出入りできる穴があり、容器を押したり離したりすることで浮沈子内部へ水の出入りが起こり、空洞の体積を調整することができます。空洞の体積を調整し浮沈子にかかる浮力と重力のつり合いを変化させることで、容器内で上下する仕組みです。本研究では、浮沈子の設計から操作までをコンピューテーショナルに行っています。従来の浮沈子実験では主にタレビンにナットをつけたものを用いていましたが、本研究では、最適化計算と3Dプリンタを用いることで任意の形のものを浮沈子にすることを可能にしました。また容器を押したり離したりする代わりに、コンピュータで制御できるモータ駆動のシリンジポンプを用意し容器とつなげました。これにより、容器内で動く浮沈子の位置をフィードバックするwebカメラと組み合わせ、水中で不安定な浮沈子の位置をPD制御を用いて安定させることができます。

小池栄美、橋爪智、坂下申世、木村雄生、佐藤大哲、金井啓太、落合陽一
筑波大学

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