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圧電薄膜によるMEMSハプティックデバイスの創製

研究課題

研究課題/領域番号 17K06269
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

神田 健介  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (20446735)

研究分担者 前中 一介  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (70173721)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードMEMS / 圧電薄膜 / 触覚アクチュエータ / IoT / MEMS・マイクロマシン / 触覚ディスプレイ / ハプティックス / インターフェース / 触覚デバイス / PZT / フレキシブル / マイクロ・ナノシステム / マイクロマシン
研究成果の概要

本研究は,近年発展が著しい超低消費電力のウェアラブルシステム向けの触覚出力に着目し,半導体製造工程を用いて実現可能な低背・小型・低消費電力な触覚アクチュエータ(人に触覚刺激を与える)の創成を目的とした。Siの半導体製造工程と圧電薄膜を組み合わせた圧電MEMSによって、この触覚アクチュエータを実現した。数mm角,1mm以下の厚さの素子が11μWの低消費電力で人に触覚刺激を与えうることが分かった。また、多数配列化した素子では複数の触覚刺激パターンを人に認識させることに成功した。この素子と人との間の相互作用についてモデル化を行い,簡単にシミュレーション可能なツールを構築した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

触覚刺激をバッチ製造可能な水準のMEMSによって生み出すことはこれまで困難であった。本研究で実現した圧電MEMSによる触覚アクチュエータは,初期的な実験では低消費電力で人に振動刺激を与えることが可能であることが確認でき,設計上の多くの有益な知見を得た。今後のさらなる改良によって,人体活動モニタリングシステムの人・システム間の相互通信への利用を含め,幅広い応用が期待できると考える。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Tactile Device Based on Piezoelectric MEMS 2<sup>nd</sup> Report: Structural Improvements2019

    • 著者名/発表者名
      Kanda Kensuke、Toyama So、Takahara Kosuke、Fujita Takayuki、Maenaka Kazusuke
    • 雑誌名

      電気学会論文誌E(センサ・マイクロマシン部門誌)

      巻: 139 号: 11 ページ: 369-374

    • DOI

      10.1541/ieejsmas.139.369

    • NAID

      130007740440

    • ISSN
      1341-8939, 1347-5525
    • 年月日
      2019-11-01
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of design parameters on performance of piezoelectric MEMS energy harvesting2019

    • 著者名/発表者名
      Hirai Shota、Kanda Kensuke、Fujita Takayuki、Maenaka Kazusuke
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 号: SL ページ: SLLD07-SLLD07

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab362f

    • NAID

      210000156827

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Piezoelectric MEMS with Tactile Stimulation and Displacement Sensing Functions2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kanda, K. Takahara, S. Toyama, T. Fujita, K. Maenaka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 11S ページ: 11UF14-11UF14

    • DOI

      10.7567/jjap.57.11uf14

    • NAID

      210000149823

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Piezoelectric MEMS with Multilayered Pb(Zr,Ti)O3 Thin films for Energy Harvesting2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kanda, S. Hirai, T. Fujita, K. Maenaka
    • 雑誌名

      Sensors and Actuators A

      巻: 281 ページ: 229-235

    • DOI

      10.1016/j.sna.2018.09.018

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 内視鏡を指向した2軸小型圧電MEMSミラー2020

    • 著者名/発表者名
      嶋田倫太郎,神田健介,藤田孝之,前中一介
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Series-connected piezoelectric MEMS Energy harvester for voltage multiplication2019

    • 著者名/発表者名
      T. Aiba, S. Hirai, K. Kanda, T. Fujita, and K. Maenaka
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 樹脂/薄膜PZT構造体を用いたMEMS1Dアレイ触覚ディスプレイ2019

    • 著者名/発表者名
      髙原光將,ハズワニ B. M. ナシル,神田健介,藤田孝之,前中一介
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 自律センサを指向した電圧増倍による圧電MEMSハーベスタ2019

    • 著者名/発表者名
      饗庭岳,平井翔太,神田健介,藤田孝之,前中一介
    • 学会等名
      電気学会交通・電気鉄道/マイクロマシン・センサシステム合同研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 圧電MEMSエナジーハーベスタの高出力化と設計パラメータに関する考察2019

    • 著者名/発表者名
      平井翔太,神田健介,藤田孝之,前中一介
    • 学会等名
      第36回強誘電体応用会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] MEMS ENERGY HARVESTING BASED ON UNIFORM-STRESS CANTILEVER WITH MULTILAYER PZT THIN FILMS2018

    • 著者名/発表者名
      S. Hirai, K. Kanda, T. Fujita, K. Maenaka
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MEMS Tactile Device by Using Multilayerd Piezoelectric Thin Film2018

    • 著者名/発表者名
      S. Toyama, K. Kanda, K. Takahara, T. Fujita, K. Maenaka
    • 学会等名
      International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators (IWPMA 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] MEMS Tactile Device Based on Polymer/Thin-Film PZT Structure -Sensor and Actuator Integration2018

    • 著者名/発表者名
      K. Takahara, S. Toyama, K. Kanda, T. Fujita, K. Maenaka
    • 学会等名
      2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM Joint Conference
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PZT/PI積層構造を用いた圧電MEMS触覚デバイス2018

    • 著者名/発表者名
      遠山蒼, 髙原光將, 神田健介, 藤田孝之, 前中一介
    • 学会等名
      第35回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 多層PZT薄膜を用いた圧電エナジーハーベスタおよび回路シミュレータモデル2018

    • 著者名/発表者名
      平井翔太, 神田健介, 藤田孝之, 前中一介
    • 学会等名
      第35回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] センサ付き圧電MEMS触覚提示デバイスによる接触実験およびそのモデル化2018

    • 著者名/発表者名
      髙原光將, 遠山蒼, 神田健介, 藤田孝之, 前中一介
    • 学会等名
      第35回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 多層PZT薄膜および圧電MEMSファブリケーション2018

    • 著者名/発表者名
      神田健介
    • 学会等名
      第16回圧電MEMS研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Validation of Output Voltage Multiplication by Using Series-Connected Piezoelectric Elements for Physical Sensors2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kanda, T. Ushita, T. Fujita, K. Maenaka
    • 学会等名
      The 31st IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 多層PZT薄膜によるMEMSエナジーハーベスタ試作2018

    • 著者名/発表者名
      平井翔太,神田健介,佐野良,藤田孝之,前中一介
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] MEMSセンサのためのPZT微細加工とその周辺技術2017

    • 著者名/発表者名
      神田健介
    • 学会等名
      電子情報通信学会機能集積情報システム(FIIS)研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 圧電MEMSのDRIEによるデバイス構造作製と3次元化への試み2017

    • 著者名/発表者名
      神田健介
    • 学会等名
      JKA人材育成等補助事業技術セミナー
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multilayer Piezoelectric MEMS Energy Harvester Based on Longitudinal Effect2017

    • 著者名/発表者名
      R. Nakanishi, K. Kanda, T. Fujita, I. Kanno, and K. Maenaka
    • 学会等名
      PowerMEMS 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 圧電MEMSによる触覚デバイス試作2017

    • 著者名/発表者名
      遠山蒼,神田健介,大久保昂,髙原光將,藤田孝之,前中一介
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 多層圧電膜によるMEMS触覚デバイス2017

    • 著者名/発表者名
      遠山蒼,神田健介,大久保昂,藤田孝之,前中一介
    • 学会等名
      第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 多層PZT薄膜による圧電MEMSエナジーハーベスタの提案,2017

    • 著者名/発表者名
      中西亮介,神田健介,藤田孝之,前中一介
    • 学会等名
      第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 低消費電力な人体活動モニタリングシステムのための圧電MEMSトリガ2017

    • 著者名/発表者名
      神田健介, 牛田大樹,横松得滋,藤田孝之,前中一介
    • 学会等名
      電気学会PHS/BMS合同研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [図書] VR/AR技術の 開発動向と最新応用事例 第3章第3節2018

    • 著者名/発表者名
      神田健介
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861046940
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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