• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

選択的熱放射による物体の変形制御を利用した大面積・高解像度触覚ディスプレイの研究

研究課題

研究課題/領域番号 20K19847
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分61020:ヒューマンインタフェースおよびインタラクション関連
研究機関筑波大学

研究代表者

平木 剛史  筑波大学, 図書館情報メディア系, 助教 (40831326)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 交付 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワードソフトロボティクス / 力覚ディスプレイ / 相転移アクチュエータ / 触覚 / 触覚ディスプレイ / 熱投影 / ソフトロボット / プロジェクタ
研究開始時の研究の概要

本研究では、赤外レーザー光による選択的な熱照射を用いて投影対象となる物体の変形を制御することにより、柔軟で大面積、かつ高解像度な触覚ディスプレイを実現する。具体的には、熱吸収性素材の加熱で生じる熱弾性変形を利用して振動覚を、低沸点液体の加熱による気化膨張を利用して力覚を提示可能な触覚ディスプレイについて、その設計論を構築する。これにより、従来は実現できていない柔軟、大面積な触覚ディスプレイを高解像度での触覚刺激提示が可能な形で実現する。また、これを用いたアプリケーションの提案と、そのユーザ評価を通じて、インタフェースとしての有用性を明らかにする。

研究実績の概要

本年度は、低沸点液体の気化膨張を利用する液相-気相転移アクチュエータを用いた力覚ディスプレイについての研究開発に取り組んだ。
10 mm角の液相-気相転移アクチュエータとペルチェ素子を指先に装着可能なウェアラブルデバイスの形で構成することで、力覚ディスプレイとして構成した。これにより、エアコンプレッサーやチューブを使わない形で、小型、軽量、かつ柔軟な力覚ディスプレイを実現できた。
また、気圧・温度センサを内蔵することで、アクチュエータ内の温度と内圧を計測できる手法を開発し、これにより力覚提示を制御する手法を開発するとともに、ディスプレイのヒステリシスや温度変化についても詳細な実験を行い、その特性を多面的に評価した。
加えて、短パルスレーザーを光源とするレーザー走査型プロジェクタと光吸収素材を用いた、熱弾性効果による振動覚ディスプレイと、CO2レーザーを用いた波長選択性を持つ加熱による液相-気相転移アクチュエータアレイの制御についても着手しており、後者については基礎的な原理検証が完了している段階にある。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

振動覚提示についても予定通り進捗しており、加えて、力覚ディスプレイの基盤技術となる液相-気相転移アクチュエータについては複数の研究開発を行い、国際論文誌3報、国際会議受賞1件を含む多数の成果が得られていることから、当初の計画以上に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

液相-気相転移アクチュエータを用いた力覚ディスプレイに関して継続的に研究を行うとともに、レーザー走査型プロジェクタと光吸収素材を用いた振動覚ディスプレイの開発についても開発を推進していく。

報告書

(2件)
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書

研究成果

(8件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] HaPouch: A Miniaturized, Soft, and Wearable Haptic Display Device Using a Liquid-to-Gas Phase Change Actuator2022

    • 著者名/発表者名
      Ryusei Uramune, Hiroki Ishizuka, Takefumi Hiraki, Yoshihiro Kawahara, Sei Ikeda, Osamu Oshiro
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 10 ページ: 16830-16842

    • DOI

      10.1109/access.2022.3141385

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Micro Elastic Pouch Motors: Elastically Deformable and Miniaturized Soft Actuators Using Liquid-to-Gas Phase Change2021

    • 著者名/発表者名
      Seiya Hirai, Tatsuho Nagatomo, Takefumi Hiraki, Hiroki Ishizuka, Yoshihiro Kawahara, Norihisa Miki
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 6 号: 3 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/lra.2021.3075102

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fully flexible liquid-to-gas phase change actuators with integrated liquid metal heaters2021

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Usui, Hiroki Ishizuka, Takefumi Hiraki, Yoshihiro Kawahara, Sei Ikeda, Osamu Oshiro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 号: SC ページ: SCCL11-SCCL11

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abec8d

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 高精度な力覚提示に向けた気液相変化アクチュエータの内圧計測法の検討2021

    • 著者名/発表者名
      浦宗 龍生, 石塚 裕己, 平木 剛史, 川原 圭博, 池田 聖, 大城 理
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2021予稿集
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 高精度な力覚提示に向けた気液相変化アクチュエータの内圧計測法の検討2021

    • 著者名/発表者名
      浦宗 龍生、石塚 裕己、平木 剛史、川原 圭博、池田 聖、大城 理
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会 2021
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] HaPouch: Soft and Wearable Haptic Display Devices using Liquid-to-gas Phase Change Actuator2020

    • 著者名/発表者名
      Ryusei Uramune, Hiroki Ishizuka, Takefumi Hiraki, Yoshihiro Kawahara, Sei Ikeda, Osamu Oshiro
    • 学会等名
      The 33rd Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inflatable Soft Haptic Device using Liquid-to-gas Phase Change Actuator2020

    • 著者名/発表者名
      Ryusei Uramune, Hiroki Ishizuka, Takefumi Hiraki, Yoshihiro Kawahara, Sei Ikeda, Osamu Oshiro
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Human Haptic Sensing and Touch Enabled Computer Applications (EuroHaptics 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Demonstration of Inflatable Soft Haptic Device using Liquid-to-gas Phase Change Actuator2020

    • 著者名/発表者名
      Ryusei Uramune, Hiroki Ishizuka, Takefumi Hiraki, Yoshihiro Kawahara, Sei Ikeda, Osamu Oshiro
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Human Haptic Sensing and Touch Enabled Computer Applications (EuroHaptics 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi