触感インターフェースに関する基礎的研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450160
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 越田 信義 東京農工大学, 工学部, 教授 (50143631)
• 研究分担者: 篠田 裕之 東京農工大学, 工学部, 助教授 (40226147)
• キーワード: 触感インターフェース / 触覚センサ / 触覚ディスプレイ / 選択刺激法 / 感覚量計測 / 皮膚感覚 / ポーラスシリコン / 熱誘起超音波

研究概要

本研究では、1.人間と同様な皮膚感覚を検出可能なセンサと2.その触感をリアルに体感させるディスプレイを同時に実現し、[触感のセンシング]-[伝送]-[人間への提示]の一連の動作を実行するシステムを具体化することを最終目的としている。聴覚や視覚の研究は、音や画像についてのセンサとディスプレイの存在によってはじめて可能になったが、本システムの実現は本格的な皮膚感覚の理解と応用技術の出発点となる。本年度は以下のような成果が得られた。
1)触感検出センサ
本年度の研究によって人間の触覚を構成する4種類の機械受容器の役割が明確になり、触感検出センサにおいても単に触覚素子の深さを変化させるだけでなく、それぞれが異なる応力特徴を検出する必要性が明らかになった。また人工皮膚の構造も均質ではなく表面が硬く、内側が柔らかい構造が重要であることも明らかになった。その知見を利用し、音響共鳴型テンソルセルによって接触瞬間に摩擦係数を検出する触覚センサを実現した。また人間の機械受容器に匹敵する触覚素子の実現法として、多自由度応力を検出し光によってその信号をデジタル送信する1mm角の触覚チップが実現可能であることを示し、その設計を行なった。
2)触感ディスプレイ
触感を完全に再現するために必要十分な刺激の種類と解像度に関する仮説を提案し、実験的検証を行なった。その仮説とは、皮膚表面にある4自由度の応力パターンを2点弁別閾の解像度で与えてやれば刺激の機械刺激の自由度として十分であるとするもので、これによって従来曖昧であった触感ディスプレイの設計仕様が明確になった。また超音波の放射圧を利用して触感を提示する手法を提案し、そのような強力超音波が熱誘起型の超音波デバイスによって発生可能であることを示した。

研究成果

• [文献書誌] Nobuyoshi Koshida: "Novel Ultrasonic Technology by Nanocrystalline Porous Silicon"Proc.of International Electrocjem.Soc.Symposium, Phoenix, 2000. (in press). (2001)
• [文献書誌] Hiroyuki Shinoda: "Wireless Tactile Sensing Element Using Stress-Sensitive Resonator"IEEE/ASME Trans. on Mechatronics. Vol.5,No.3. 258-265 (2000)
• [文献書誌] Hiroyuki Shinoda: "Passive Wireless Sensing Element for Sensitive Skin"Proc.2000 IEEE/RSJ Int.Conf.on Intelligent Robots and Systems. 1516-1521 (2000)
• [文献書誌] Hiroyuki Shinoda: "Instantaneous Evaluation of Friction Based on ARTC Tactile Sensor"Proc.2000 IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation. 2173-2178 (2000)
• [文献書誌] Naoya Asamura: "Necessary Spatial Resolution for Realistic Tactile Feeling Display"Proc.2000 IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation. (To be published in May). (2000)
• [文献書誌] 浅村直也: "皮膚感覚呈示のための必要解像度"日本バーチャルリアリティ学会第5回大会論文集. 257-260 (2000)