光を利用した無線触覚素子による人工触覚の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450168
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 篠田 裕之 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助教授 (40226147)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 越田 信義 東京農工大学, 工学部, 教授 (50143631) ; 安藤 繁 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 教授 (70134468)
• Keywords: 触覚センサ / ロボット / 触感インターフェース / テレメトリ / 無線触覚素子 / 人工皮膚 / 光結合 / ポーラスシリコン

Research Abstract

本課題では、光を利用して触覚信号を無線送信する触覚チップを提案し、柔らかい弾性体に触覚素子が分散する触覚デバイスを目指して開発を進めている。本年度は目標サイズ(1mm)の試作の前段階として、5倍のサイズの触覚素子を設計・試作し、動作確認と評価実験を行った。
1.触覚素子のベースとなるVSLIチップに柔軟体を付加し、VSLIチップ上の光検出部に届く光量から素子に加わる応力6成分を検出するセンシングの原理を提案した。対称性を利用し、8箇所の光検出部の出力から垂直応力3成分、せん断応力3成分を独立に計測する。この信号はデジタル信号として光によって送信される。この柔軟体を光造形法によって試作し、変形時の受光量変化を計測することで本計測原理を実験的に確認した。
2.受光部、発電部を搭載したVLSIチップを設計し、消費電力を見積もった。デザインルールとして0.35μmを前提とし、1MHzクロック動作時での消費電力は100μW程度であることが明らかになった。これによって本方式による触覚素子が実現可能であることが、理論的に裏付けられた。
3.VLSIチップを試作し、動作を確認した。論理回路を検証し、チップ上での変形計測から信号送信まで一連の動作を確認した。試作素子回路において、アナログ受光部および発電部に改良すべき点があることが明らかになった。発光部は個別素子として試作し、外部接続して実験を行った。十分な光量で発光させるために、専用の駆動回路を設計する必要があることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] Koichi Yamada: "Wire-Free Tactile Sensing Element Based on OpticaI Connection"Proc.IEEJ Sensor Symposium. (5月に掲載予定). (2002)
• [Publications] 山田康一: "光を利用する無線触覚素子"第19回日本ロボット学会学術講演会講演論文集. 1213-1214 (2001)
• [Publications] Mitsuhiro Hakozaki: "Digital Tactile Sensing Elements Communicating through Conductive SkinLayers"Proc. 2002 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. (5月に掲載予定). (2002)
• [Publications] Takayuki Iwamoto: "Focused Ultrasound for Tactile Feeling Display"Proc. 2001 International Conf. on Artificial Reality and Telexistace. 121-126 (2001)
• [Publications] Naoya Asamura: "Necessary Spatial Resolution for Realistic Tactile Feeling Display"Proc. 2001 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation. 1851-1856 (2001)
• [Publications] Katsuhiko Nakamura: "A Tactile Sensor Instantaneously Evaluating Friction Coefficients"Proc. TRANSDUCERS'01. Vol.2. 1430-1433 (2001)