感触を損なわずに弾性柔軟素材を触覚センサにする技術

2019年12月のJST新技術説明会で知財紹介に使用した資料（一部改変）です．

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1. 感触を損なわずに 弾性柔軟素材を触覚センサにする技術 石原 尚 大阪大学 工学研究科 機械工学専攻 講師 川節拓実 共同研究者 大阪大学 基礎工学研究科 助教 堀井隆斗 大阪大学 基礎工学研究科 講師 この写真は技術の活用イメージであり、 実際の開発物ではありません
2. 2 何かが触れる、全ての柔軟部分に触覚を。 ビジョン
3. 3 柔軟部分の素材や構造は多彩。そのまま触覚センサにしたい。 課題➀ 最適素材の活用
4. 4 表面は汚れや傷がつきやすい。痛んだらそこだけ取り換えたい。 課題② 表面交換の容易さ Renewal
5. 5 柔軟素材が肉厚でも、表面近くの接触状態を知りたい。 課題③ 表面感度
6. 6 全ての課題を解決できる方式がない 従来の触覚センサ 方式 最適素材の活用 表面交換の容易さ 表面感度 センサ下敷 薄膜センサに柔軟素材を載せる 〇 〇 × 圧電柔軟材料 力を電気に変える感圧ゴム等 × △ 〇 電子部品・配線埋込 柔軟素材内にひずみゲージ等配線 △ × △ 光学 表面からの光線を底面で捉える × 〇 〇 気体液体封入 内圧の変化を計測 × × 〇 磁石埋込 素材中磁石による磁場の変化を計測 × 〇 〇 専用素材への置き換えが必要 素材が柔らかいほど感度低下 配線も含めた交換で煩雑 光透過性が必須 本来の触感が損なわれる 専用素材が高額 表面に部品を置くと異物感 配線が困難 密閉性が必須 漏れ対策が困難
7. 7 素材特性を活かせる単純な方法で高感度センサにする 新技術の特長 方式 最適素材の活用 表面交換の容易さ 表面感度 新技術 〇 〇 〇
8. 8 強磁性微粒子の空間位置を複数コイルで推定 新技術のセンサ方式の構成と特長 平面コイルとコンデンサが 配線された回路基板 １ ２ 微粒子なので柔軟素材の触感が損なわれない 複雑な配線もなく回路部とも 分離しているので交換が容易 ３ 表面の微粒子部の位置推定 なので高感度（３次元） メリット メリット メリット 半透明ゴム＋鉄微粒子 コイル基板の製作例 柔軟素材保持面（樹脂，ガラス，木等） 載せるだけ 発明の名称：触覚センサ 国際出願番号：PCT/JP2018/032870 公開番号：WO2019/049888A1 出願人：大阪大学 発明者：川節拓美、石原尚、堀井隆斗
9. 9 柔らかいゴムの触感のまま押込・横ずれを測るセンサに 新技術によるシリコンゴムのセンサ化の例 押し込み方向の力成分 画面右方向の力成分 画面奥方向の力成分 載せるだけ シリコンゴム 鉄粉配合 プラスチック面 コイル基板
10. 10 平均1N前後の誤差はあるが入力パタンは良好に推定 精度要求が厳しくなく、ざっくりと入力パタンが分かれば良い用途に向いている 力の推定精度 押し込み方向の力の真値と推定値（＋推定誤差） 横ずれの力の真値と推定値（＋推定誤差） ※ここでの真値は市販の高精度力センサの値 真値 推定値 推定誤差 真値 推定値 推定誤差 ⒸIEEE
11. 11 高難度手術手技の技能評価デバイスとしての利用 シリコンゴム＋触覚機能の応用例 千葉大学フロンティア医工学センター及び自治医科大学メディカルシミュレーションセンターとの共同研究 １ 弾力や硬さを調整可能 ２ 縫った表面だけ交換 ３ 掴み損ないも検知 メリット メリット メリット
12. 12 接触情報に価値がある、感触・質感が重要な部分 想定される用途 寝具や椅子が人を見守る 手術・介護・作業ロボットに グリップが入力装置に ペットロボットに皮膚を IoTデバイスや家具に触覚を 人の代わりに負荷を受ける
13. 13 単純なものなら簡単に実現できる。 ただし、構成自由度が高い分、最適構成ノウハウ蓄積が重要  コイルに流す電流はどの程度にするか？  コイルのサイズはどうするか？  強磁性粒子として何をどれほど使うか？  強磁性粒子をどのようにして配置するか 実用化に向けた課題