| 研究課題/領域番号 |
17K00285
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| 研究機関 | 東京工芸大学 |
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研究代表者 |
曽根 順治 東京工芸大学, 工学部, 教授 (50329215)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ヒューマンインタフェース / バーチャルリアリティ / インタラクション / MEMS / 触覚 / 力覚 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、遭遇型多指力覚提示機構の拡張と触覚デバイスの開発、その融合からなる。遭遇型多指力覚提示機構については、開発プラットフォームを、UnityとSpringHeadを融合して開発を進めており、多指力覚提示機構をUnityで制御する機能を作成した。力覚提示の遭遇型を実現するためには、各指に実装されている力覚位置変更機構と力覚角度変更機構を制御する必要があり、それを制御する機能を開発している。
触覚提示部は、試作を繰り返している。重要技術は圧電膜の成膜であり、一つはゾルゲル法、他方はスパッタ法である。ゾルゲル法は、新しい溶液を使用した。それは、従来75回のスピンコートが25回で実施できる厚膜溶液を用い、圧電変形に重要なPZT(100)配向結晶が主体の膜が成膜できるように、成膜条件を詰めた。この条件で成膜して、強誘電体特性を確認した。スパッタ法でも、PZT(100)が主体の成膜条件を詰めてきているが、安定性に問題があるため、引き続き検討する必要がある。
デバイスの試作は、研修先のUC BerkeleyのMarvell Nano laboratoryを使用して行ったが、今までの、フォトマスクが小さく、アライナー（露光機）で使用できなかったため、新しい方式を検討した。その方法は、超音波MEMSを用いる方法であり、3次元設計、特性解析を行い、圧電膜を活用した試作を実施した。試作の前に、試作に使用する機械毎のQualificationやX線の教育などを受け、それに、6か月程度要した。その後、試作を実施した。試作の最終段階で、高速アニール設備の故障や、新型コロナの大学の対応により、Marvell Nano laboratoryが閉鎖され、試作が最後まで、行えなかった。そのため、続きの試作は、東北大学マイクロシステム融合研究開発センター（試作コインランドリ）で実施する予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
遭遇型多指力覚提示機構の拡張のおいては、手首の姿勢情報をモータからUnityに渡す機能を作成し、Unity上で開発している仮想現実感システムで、6自由度の指の姿勢を反映する機能を作成できた。しかし、力覚提示の遭遇型を実現するためには、各指に実装されている力覚位置変更機構と力覚角度変更機構を仮想現実感システムから制御する必要がある。FPGAによるモータ制御はできるようになってきているが、仮想現実感システムのPCとFPGA間でUSB通信を行う必要があり、その機能を作成している。しかし、使用しているFPGAスターターボードに、FPGAとARM-CPUの両プロセッサーが実装されており、USB通機能がARM-CPU側に実装されているため、ARMのプログラム開発環境が必要となり、それが高額であり開発が停止しているため、ARMの実装のないFPGAボードを探して、検討を始めた。
触覚提示部は、試作を繰り返している。2019年度は、新しい厚膜ゾルゲル法による圧電膜の成膜方法を確立し、圧電膜の良好な特性をX線結晶回折法と強誘電体特性測定から確認している。そして、圧電膜のパターニング、上部電極の成膜、圧電膜下部の振動板(Si部)の厚み調整を実施しているが、途中プロセスにおいて、試作機械の故障による失敗などにより、試作完了までは至っていない。圧電膜のエッチング時の残渣により、ワイヤボンディング時に電極が剥離する問題があるため、配線方法を変更し、導電膜コート樹脂をパターン切断して接着配線し、導通は、導電ペースト塗布方法を検討し始めた。
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| 今後の研究の推進方策 |
遭遇型多指力覚提示機構の拡張のおいて、Unity上で開発している仮想現実感システムは、6自由度の指の姿勢を反映する機能を作成できたが、力覚提示の遭遇型を実現するためには、各指に実装されている力覚位置変更機構と力覚角度変更機構を仮想現実感システムから制御する必要がある。FPGAによるモータ制御はできるが、仮想現実感システムのPCとFPGA間でUSB通信を行う必要があり、その機能を作成している。しかし、USB通機能がARM-CPU側に実装されているため、ARM部の開発が困難となっており、ARMの実装のないFPGAボードを探して、検討を行う。
触覚提示部は、試作を繰り返している。2019年度は、新しい厚膜ゾルゲル法による圧電膜の成膜方法の確立し、一部の試作は行っている。その後の圧電膜のパターニング、上部電極の成膜、圧電膜下部の振動板(Si部)の厚み調整を実施し、試作を完了する予定である。圧電膜のエッチング時の残渣により、ワイヤボンディング時に電極が剥離する問題を解決するため、配線方法を変更し、導電膜コート樹脂をパターン切断して貼り付け配線し、導通は導電ペーストを塗布して行う方法を検討する。
ナノテクノロジープラットフォーム拠点は、今回のコロナ騒動で閉鎖されており、設備を借用して実施する試作は、その設備の開放状況に依存している。試作が早く実施することができれば、学会などでデモを実施する予定である。
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