2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Micro Tactile Sensor Chip Including Pressure, Vibration, and Temperature Sensations
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19K04290
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
寒川 雅之 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (70403128)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神田 健介 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (20446735)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 触覚センサ / 振動覚センサ / 温冷覚センサ / マイクロヒータ / PZT / NiCr / カンチレバー / MEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は(1)圧・振動覚センサデバイスの設計・作製プロセスの評価と課題およびそれらへの対策、(2)出力感度の周波数特性の分析、(3)温冷覚検知の低温化、安定化のための温度制御手法の開発、(4)試作センサチップによる触覚計測、について研究を実施した。下記にそれぞれに関する実績の概要を述べる。
(1)NiCrひずみ抵抗とPZT強誘電体を微小カンチレバー素子上に積層したセンサチップの特性評価を行った結果、NiCrひずみ抵抗部が通電しないことが分かった。分析の結果、ひずみ抵抗部がプロセス中に断線状態となることが示唆された。一方、PZTは強誘電性および振動に対する応答を示すことが確認できたが、実装時にワイヤボンディングにより基板とチップ上の電極を接続する際、電極に剥がれが生じるという問題が発生した。対策として、センサ構造と作製プロセスを再検討したところ、これらの問題は解決し、NiCrひずみ抵抗およびPZT強誘電体ともにそれぞれ圧力、振動の大きさに応じた出力が得られることを示した。
(2)印加振動に対する出力感度の周波数特性については、カンチレバー構造のサイズや形状には依存しないことを実験と解析の両面から見出した。解析からはカンチレバーを封止する樹脂の固有振動特性が重要であることが示唆され、今後の研究のための重要な知見が得られた。
(3)温冷覚検知については、前年度までに大幅な感度向上を達成していたが、さらに測定温度をヒトの体表温度に近づけ、かつ環境温度の影響低減を図るため、温度制御手法の開発を行った。その結果、センサからのフィードバックによるPID制御を用いることで、40℃以下での安定した計測を実現した。
(4)試作センサチップを用いて、皮膚状態や接触感覚の計測を行い、皮膚中のしこり検出やスキンケア商品のべたつき、物体把持時の把持力などのセンシングが可能であることを示した。
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