2021 Fiscal Year Research-status Report
Study of high density and high freedom tactile device using MEMS technology
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21K12002
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| Research Institution | Tokyo Polytechnic University |
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Principal Investigator |
曽根 順治 東京工芸大学, 工学部, 教授 (50329215)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ヒューマンインタフェース / バーチャルリアリティ / インタラクション / MEMS / 触覚 / 力覚 / 超音波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、超音波技術とモータ技術を活用した遭遇型の多指力覚・触覚提示デバイスの開発を目標としている。超音波技術を活用したデバイスは、小型、高密度の圧電ＭＥＭＳデバイスの開発が目標であり、ここでは、人とのインターフェイス部分に、超音波の増幅機能を持たせ、ＭＥＭＳデバイスでも十分な出力が可能となる。遭遇型多指力覚提示機構については、開発プラットフォームを、UnityとSpringHeadを融合して開発を進めており、多指力覚提示機構をUnityで制御する機能を作成している。力覚提示の遭遇型を実現するためには、各指に実装されている力覚位置変更機構と力覚角度変更機構を制御する必要があり、それを制御する機能を開発している。
触覚提示部は、超音波解析を活用して、指の皮膚とＭＥＭＳデバイス間のインターフェイス部を設計した。樹脂製のインターフェイス部に、メッキなどで、硬い膜を形成すると、超音波が増幅できることがわかった。この機能は、UC Berkeley, Prof. Liwei Linと協同研究で進めている。また、2mm間隔の超音波振動子は、LaをPZTに添加した圧電膜のPLZTを使用して、圧電膜を形成する。現状では、PZTに近い特性までの圧電性が確認できている。デバイスは、成膜や振動子の作成から、配線部分のワイヤーボンディングまでは実施できている。また、デバイス試作困難時期の対策として、高密度触覚提示部のプロトタイプとして、薄型チャージ型圧電デバイスを開発して、その活用も検討した。
遭遇型多指力覚提示機構について、力覚提示位置と力覚角度変更のためのモータ制御は、多軸モータ制御ボードと自作ドライブアンプを連結し、Unity上では、指モデルと操作対象モデルの接触点を、多重解像度モデルを活用して、近接時から高速に計算して、接触位置を変更する機能を開発した。
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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
超音波機能を活用した触覚MEMSデバイスは、一応開発ができている。まだ、特性評価方法が実施されていないため、特性評価を実施し、圧電膜の高出力化、インタ－フェイス部の高出力化は検討が必要である。
遭遇型多指力覚提示機構については、多軸モータ制御ボード活用とUnity上での、多重解像度モデルを活用した機能開発が実施できたため、機能開発は進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
超音波方の触覚MEMSデバイスは、圧電膜の圧電機能の向上を図り、超音波出力を測定しながら、指皮膚とMEMSデバイスのインターフェイス部の改良を含めて、機能向上を検討をしていく予定である。
遭遇型多指力覚提示機構の拡張は、Unity上で開発している仮想現実感システムの拡張のため、6自由度の指の姿勢の反映機能を作成できているが、力覚提示の遭遇型機能を実現するために、各指に実装されている力覚位置変更機構と力覚角度変更機構の制御部を開発している。力覚位置変更機能は開発が進んできているが、力覚角度変更機能の開発も進めていく予定である。
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