2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of ultrasonic feedback phased array tactile display
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20K19819
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| Research Institution | Nanzan University |
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Principal Investigator |
藤原 正浩 南山大学, 理工学部, 講師 (30825592)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超音波フェーズドアレイ / 触覚提示 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、触覚ディスプレイへの応用を目的に、超音波フィードバック型のフェーズドアレイULFPAT（Ultrasonic feedback phased array tactile display）を開発してきた。
最終年度では、開発したULFPATのプロトタイプを用いて、刺激対象点を模擬した発音源の位置推定精度を検証しその有効性を示した。また、触覚刺激点となる超音波焦点を、本装置を用いて複数生成する技術的問題に対し、多様体上の最適化手法を適用して評価した。高強度超音波焦点を複数生成するには、フェーズドアレイの出力振幅を最大値に保つ必要がある。このとき、この問題は超音波素子の駆動位相を最適化する問題として定式化できる。従来法ではこの最適化問題は制約条件を含んでいたが、提案法ではこれを多様体上の最適化問題として定式化することによって、制約条件を含まない形でアルゴリズムを適用することができるようになり、求解の効率化が可能になった。
研究期間全体を通じた成果としては、試作前段階において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手法を検証した。その性能評価結果を触覚分野の国際会議であるWHC2021にて発表するとともに、その運用環境拡張のため電磁両立性（EMC）の向上に取り組んだ。また、ULFPATの主目的である刺激位置の妥当性検証について、異なるアプローチも発見した。皮膚上に集束超音波の焦点を形成し放射圧により加圧する際、皮膚表面の音圧分布が温度分布としてサーモグラフィー・カメラにより観測されることを確認した。得られた温度分布画像と超音波強度の定量的関係についても明らかにし、非常に高い解像度で空間分布が得られることが確認した。
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