2014 Fiscal Year Annual Research Report
多元的触情報の時間相関性に着目した超触覚センシングデバイス
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25289104
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| Research Institution | Kagawa University |
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Principal Investigator |
高尾 英邦 香川大学, 工学部, 教授 (40314091)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | センシングデバイス / 触覚センサ / 集積化センサ / 知能化センサ / 人工皮膚 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では， 半導体集積回路技術とマイクロマシニング技術を融合し，多様な触覚情報を多元的に検知可能な指先皮膚型の高性能触覚センシングデバイスを実現する。特に，これまで注目されることがなかった「動的な触圧を受けた状態における各種の触覚情報の時間変化と相関性」に初めて着目し，同位置における異なる物理信号の変化を同じ時間軸上の波形としてセンシング可能な機能集積型触覚センサデバイスを開発する。実際の触覚動
作と同じ状況を再現することで，いまだ曖昧とされる「触感」を多角定量的に評価可能な計測システムを実現し，指先の感覚を必要とする新しい応用分野で，その機能と有効性を実証することが本研究の最終目的である。
本年度は二次元超触覚センシングデバイスの実現と改良，ならびに，多元触覚の時間相関性に基づく触感評価のモデル化と触感評価モデル装置の製作を中心に研究を進めた。
１．二次元超触覚センシングデバイスの実現と改良：多元的触覚検知要素を１画素内にアレイとして集積し，１画素の大きさを最小限に抑えて実現した。微細加工技術の開発とデバイス設計の工夫により，画素（ダイヤフラムサイズ）を500ミクロン以下で実現できる構造とし，硬さの検出能力は従来以上の性能（最小感度１HS）を実現できた。その結果，硬さ検出様のデバイスとして，機械表面に埋め込めるだけの小さな寸法でセンサを実現することができた。
２．多元触覚の時間相関性に基づく触感評価のモデル化と触感評価モデル装置の製作：実現した触覚センサを用い，多元的な触覚情報間の時間相関性を中心に評価を進めた。半径50ミクロン程度の微小な接触子を有する2軸触覚センサを作製し，表面凹凸の波形と摩擦力波形を同時に取得することに成功した。これらのデータに基づき，人間の触感覚生成のアルゴリズムを推定しながら，測定対象物表面の状態判別と，手触り感の数量化を行う足がかりを築くことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
概ね計画通りに進捗している。例えば，手触り感を数量化するデバイスについては既に実現しており，評価結果も順調に得られている。また，硬さ判別が可能な機能についても実験を通じて実証された。最終年度に向けて，多元的触情報の時間相関性に着目した超触覚センシングデバイス実現が計画通りに達成されると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
実現した触覚センサを用いて，多元的な触情報間の時間相関性を中心に評価を進め，人間の触感覚生成アルゴリズムの推定とモデル化を進めてゆく。触感に関する数値化と分類のマッピングについては，様々な手法が存在する。ここでは従来の一般的な触感評価手法（KES）との比較対比を行いながら，その評価ノウハウを有する企業の研究員と協力して触感の定量化手法を模索してゆく。熟練者の生理試験に基づく感性評価の結果とも比較しながら，人間が心地よさを感じる触感を見分けられる評価システムの構築を第一に実現する。その後，様々な物質のさわり心地を判別できるように評価アルゴリズムを拡張する。最終的には，本研究の「超触覚センシングデバイス」で取得した情報を数種類の触感指標で数値化して示すソフトウェアの開発を行い，人間以上の感性で再現性よく触感を判別する「触感覚」評価用のプロトタイプ装置を実現する。
また，指先に代わる鋭い触覚デバイスが必要な応用として，衣類，日用品の開発から，肌年齢の評価，先端医療・治療器具に至るまで様々な応用分野が想定されており，実際のニーズも高いものがある。本研究では，それぞれの分野で第一線のノウハウを持つ企業との連携協力体制のもと，開発する超触覚デバイスとその評価モデル装置についての実証実験を行い，触感評価に関する重要な知見を見いだしてゆく。
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| Causes of Carryover |
デバイスの評価を進めてゆく上で，実験に必要な機器が当初の計画とは異なったため，効率的な研究予算使用を優先した結果，導入モデルを変更した。性能上・コスト上も最も優れた機器を導入するには評価を行うタイミングに合わせて機器を購入することが必要であった。次年度には，完成したデバイスを様々な項目から評価する上で，新たに必要な設備も生じるため，全体としての予算使用配分を最適化した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の導入機器として，様々な対象物に触れた際の応答波形をマルチチャンネルで計測するためのデータログ機能を有する波形記録・測定システムを導入する予定である。
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