2018 Fiscal Year Research-status Report
音響導波路を用いた柔らかな分布型触覚センサ・ディスプレイの解析モデル確立
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18K04009
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田原 麻梨江 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (60721884)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石河 睦生 桐蔭横浜大学, 医用工学部, 講師 (90451864)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 柔らかいセンサ / 等価回路 / 圧電 / 超音波振動子 / 分布 / 二次元センサ / 触覚 / ゴム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、医療や介護用ロボットの需要が高まっている中、人の指と同等の分解能を持ち、どれくらいの力がどこに加わっているのかを測定できる柔らかい分布型センサが望まれている。本研究では、ゴム製導波路を伝搬する音の特性を利用した、柔らかく、荷重位置の分布を測定できる触覚センサを実現するために、音響導波路のモデル化とその手法を確立することを目的とする。
目的を達成するために、(1)荷重に対するゴム管の変形形状を考慮した音波伝搬解析と実験から、音響導波路の一次元および二次元の音響モデルを確立し、発振する音の周波数と空間分解能との関係を明らかにする。また、(2)1 MHz-10 MHzの広帯域音響デバイスを用いて、モデルの検証を行うことを予定している。本研究の成果により、介護および手術用ロボットやその他産業への応用を目指している。
本年度は、まず、基本となる１次元のゴム管内の端から音を送受信した場合の管内の周波数スペクトルの基本式を導入した。変形量と反射量との関係について理論値と実験値を比較し、理論式とおおむね一致することを確認した。さらに、二次元のゴム管内の音波伝搬特性として曲げたときの位相の変化を実験的に調べた。また、水熱合成法を用いたニオブ酸カリウムを用いた圧電薄膜振動子の製作を行った。周波数特性の測定および音波の送受信実験結果から、従来よりも低い周波数である10MHz以下で駆動することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、まず、代表者のグループで、基本となる１次元のゴム管内の端から音を送受信した場合の管内の周波数スペクトルの基本式を導入した。-10 kHzのスイープ音をイヤホンから送信し、管内で干渉した音の信号をマイクロホンで測定した。100-1000mmの長さのゴム管を使って変形量と反射量との関係について理論値と実験値を比較したところ、理論式とおおむね一致することを確認した。また、二次元のゴム管内の音波伝搬特性を実験的に調べるため、管を曲げた時の位相変化について実験的に調査した。その結果、管の直径に応じて、音波のモードが変化し、ゴム管の端の断面方向に位相差があることを確認した。また、分担者の研究グループにおいて、ニオブ酸カリウムおよびニオブ酸ナトリウムを用いた圧電薄膜振動子を製作した。アドミッタンス特性とパルサーレシーバを用いた超音波の送受信実験結果から、5MHzの送信に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
１次元モデルの基本モデルに補正するパラメータを導入することにより、モデルの高精度化を行う。また、二次元モデルについて等価回路に作成を行っていく。圧電デバイスについては、今年度、成膜をくりかえることによって、圧電薄膜の厚みを増やし、従来の２０ＭＨｚの周波数から５ＭＨｚの低い周波数まで下げることに成功した。来年度はデバイスの個数を増やすこと、および、さらに低い周波数（1MHz）の送信を目指す。
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