| 研究課題/領域番号 |
23K03768
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
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| 研究機関 | 香川高等専門学校 |
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研究代表者 |
前田 祐作 香川高等専門学校, 機械工学科, 講師 (00803404)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 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)
2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 触覚ディスプレイ / 質感提示 / 質感認識 / 触覚センサ / 機械学習 / 触覚 / 把持 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，布の繊維や，紙の種類による触り心地の違いの提示可能な装置の実現を目指し，「ピッチ変換機構」により，指先の二点弁別能を上回る空間解像力と，触覚刺激を両立する触覚ディスプレイを初めて実現する。さらに，ディープラーニング技術を応用し，１つの質感に１つの基底信号を準備するのみで，なぞる速度や接触圧など，多様な「触れ方」に対応可能な，再訓練不要の単一信号生成モデルを実現する。開発したディスプレイと生成モデルの評価として，マウス型装置を開発し，布や紙の違いまで表現可能な“触り心地”提示の実証を行う。
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| 研究実績の概要 |
本課題で提案する触覚ディスプレイは，「ピッチ変換機構」により，振動型触覚ディスプレイにおいて，指先の2点弁別能2mmを上回る1mmピッチの空間解像力，質感提示に十分な0.1mm程度の変位量を両立した触覚ディスプレイを実現する。これにより，例えば従来不可能であった布の繊維や織り方の違いによる質感の違いを提示することが可能な新しい技術が実現する。開始初年度においては，当初の計画に沿った以下の研究を実施した。
計画①ディスプレイ本体の開発：提示部直径3mmのディスプレイを，ハニカム状に配置した7つの振動素子を集積化することで実現し，個別の振動制御の動作検証を行った。
計画②制御手法の開発：触れ方に応じた触覚提示のため，マウスの位置情報から移動速度を，ディスプレイ下部に集積する荷重センサから接触圧を取得する方法についてそれぞれ検討を行った。加えて，ディスプレイの各振動膜を独立して制御するため，最大電圧3.3VのマイコンのPWM出力と， MOSFETを用いた昇圧回路の組み合わせにより，任意の振動波形を最大電圧300Vで出力することに成功した。
計画③信号の取得と生成：質感に対応する「基底信号」と，速度と接触圧からなる「接触状態」を入力し，触れ方に応じた「提示信号」を出力するモデルの実現に向けた，信号の取得を行った。単素子，および７素子のディスプレイをセンサとして使用し，振動提示部に対して，布2種に対してなぞり速度，接触圧を変化させ走査させ，モデルの訓練データに使用する信号を収集した。
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| 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
開始初年度の計画は以下の項目を実施することである。
計画①ディスプレイ本体の開発：提示部直径3mmのディスプレイの動作検証
計画②制御手法の開発：マウスの位置情報から移動速度，荷重センサから接触圧をそれぞれ取得する
計画③信号の取得と生成：単素子のディスプレイをセンサとして使用しての信号収集
各項目の実施は完了している。加えて，計画①が計画より早く進んでいる影響で，計画③の信号収集では本年度達成を計画していたアレイでの収集を開始できている。よって，本計画は当初の計画以上に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，ディスプレイの提示直径9mmを61素子の集積化による実現を目指す。加えて，提示モデル実現のためのデータ収集，モデル訓練を行い，触れ方に応じた振動波形生成モデルによるディスプレイの駆動を実現する。
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