2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of ultrasonic feedback phased array tactile display
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20K19819
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
藤原 正浩 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特任助教 (30825592)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超音波計測 / アレイ信号処理 / フェーズドアレイ / 音響放射圧 / 外乱補償 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はULFPAT（Ultrasonic feedback phased array tactile display）の第一試作機を設計・製作し、研究室環境下における原理実証を行った。試作機は既存の超音波送信フェーズドアレイ装置の外周部に受信フェーズドアレイを増設し、開口送信・外周受信によるマルチチャンネルセンシングが可能であることを示した。試作機の設計においては波動伝搬モデルに基づく数値シミュレーションにより、製作する受信素子の配置やマルチチャンネル信号処理の妥当性を検証し、ハードウェア及びソフトウェアの設計に反映した。
製作した試作機の基本的な性能は2次元形状と材質を規定した反射体の反射率分布を測定することにより検証し、数値シミュレーションの結果と同程度の性能が得られることを確認した。特に、提案手法における理論限界である波長と同程度のパターン計測が可能であることを示した。また、試作機では対象表面の勾配分布など3次元形状によっては性能の低下がみられることを確認した。これは受信アレイが外周配置であったためであると予想され、開口面配置の送受兼用フェーズドアレイを製作することにより、性能を確認する動機が生じた。
本年度は試作機の製作により外周部のみの受信アレイでセンシングが原理的に可能であることを示した。また、本研究の目的である皮膚表面の超音波強度分布計測を達成するために改善すべき課題を明確にすることができた。当該課題については現行デバイスを部分的に改造し、開口型の受信アレイを備える試作機を製作することにより、手法の有効性を検証する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は試作機を製作し、提案手法によって反射体表面における反射波分布を原理的に測定可能であることを示した。特に、試作機が外周のみの1次元受信アレイであるにも関わらず数値シミュレーションと同程度の性能が得られ、理論限界に近い空間分解能を確認できた。さらに、1次元受信アレイでは計測対象の形状に制約があり、実用性向上には2次元受信アレイの試作による確認が必要であるという知見が得られた。以上から、当初の計画以上に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
超音波反射体の3次元形状分布に対する計測性能向上のため、現行デバイスを部分的に改造し、2次元送受信アレイを備える試作機を製作し、性能を確認する。現行デバイスは超音波素子による受信を想定していないため、システム構成のみでなくハードウェア実装についても再検討が必要となる。製作した試作機に対しては、気温や気流の揺らぎによる音速の変動など、外乱要素に対する計測の頑健性を確認する。さらに、実物の手指形状に対し、提示力が最大となるフィードバック制御法を確立する。
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