触感取得に効果的な人工指の構造およびポリモーダル皮膚センサの配置の解明

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04072
• Research Institution: National Institute of Technology, Kumamoto College
• Principal Investigator: 湯治 準一郎 熊本高等専門学校, 機械知能システム工学科, 教授 (80332104)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 人工皮膚感覚 / サーミスタ / 静電容量

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，接触動作を伴う触感の取得に適した人工指の構造，人工皮膚の材料や形状，信号処理を含むポリモーダル皮膚センサの配置や密度を明らかにすることを目的とする．温度センサとして用いられているサーミスタ素子の周囲に水分領域を設けたものを，力や温度の皮膚刺激に応答するポリモーダル皮膚センサと定義し，これを人工皮膚材料に埋め込む方式で製作する．単一素子でありながら，触圧，温冷および湿気等の複合情報の取得し，触感を獲得する研究で，従来の触覚センシング技術とは異なるアイデアを実現させることが最大の特徴である．
本研究では，市販されている超薄型NTC型サーミスタ素子（10.0 kΩ@25 °C）と電極が直接流体媒質に触れるように先端をむき出しに加工し，それを高純度精製水（導電率1.0以下）で満たしたシリコンチューブ（外径3.8mm）内に挿入したものをセンサ素子とする．平成30年度は，サーミスタ素子のシリコーンゴム内の設置方法を検討し，チューブ方向ではなく，チューブに切り込みを入れ，チューブと垂直方向から挿入することで配置方法の簡易化を行った．これによって複数のサーミスタをシリコンチューブ内に同じ条件で分布させる場合に有効な構造となり得ることが確認された．
小型環境試験機内に設置し，シリコンチューブの外径とセンサ素子全体の温度を変化させながらサーミスタの抵抗および静電容量の周波数特性（100 Hz～1 MHz）をインピーダンスアナライザを用いて取得した．実験結果より，サーミスタの抵抗測定および静電容量測定により得られた二つの信号から，サーミスタ周囲の温度とシリコンゴムチューブの変位を算出する二次元曲面関数を作成することで，温度および接触力を同時に得る可能性を確認した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

既存のサーミスタ素子の周囲に水分領域を設けた新しいセンサ素子を製作するための設計に時間を要したため，予定よりも遅れている．

Strategy for Future Research Activity

更に詳細な実験を積み重ね，水分領域を有するサーミスタ素子の抵抗および静電容量を電圧信号に変換し，これら２つの出力信号より，接触力と温度を出力する処理機構の実装を行い，ポリモーダル受容器の機能を具現化したセンサ素子の検証を行う．

Causes of Carryover

特許出願を次年度に繰り越したため，その費用として次年度使用する．