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現在、医療や介護用ロボットの需要が高まっている中で、人が触れても違和感のない触覚センサで、どれくらいの力がどこに加わっているのかを測定できる分布型センサが望まれている。本研究では、シリコンゴム製導波路の中を伝搬する音の特性を利用することによって、柔らかくまた加重位置の分布を測定できる触覚センサを開発することを目的とする。
まず、小型の二次元シリコンゴム導波路(幅5 mm)の製作を行った。ゴム基板に蛇行した音響導波路を設けることで、平面上のどの位置に荷重が加えられたのかを検出できる２次元センサを試作した。縦50 mm、横50 mmのゴム基板上に幅5 mm、深さ5 mmの溝を作り、溝を覆うように上下から厚さ2 mmのゴムの板で挟むことによって導波路を作製した。蛇行型と渦巻き型の２種類の導波路を製作した。
作製した導波路の評価実験のため、イヤホンからスイープ音源を送信後、マイクロホンで干渉波を受信し、周波数分析装置(FRA)を用いて周波数応答を得た。荷重印加と無負荷での差分をとった後、フーリエ変換を行い位置応答を得た。荷重位置を11通り変えて実験した結果、数mmの誤差はあるものの、荷重を加えた位置で明瞭な応答が発生していることが確認できた。また、円形導波路や矩形導波路以外の複雑な形状でも圧力変化を測定できることを確認した。
次に、導波路の内径に対する利用可能な周波数範囲、導波路内の音波の減衰特性から測定可能な距離、測定に要する時間、屈曲時の減衰や反射特性について調べ、今後の設計指針を得た。今後は、提案するセンサを汎用的なものとするため、導波路内の音響特性の数値モデルを構築していく。
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