Development of ultrasonic feedback phased array tactile display

超声反馈相控阵触觉显示器的研制

• 批准号: 20K19819
• 负责人: 藤原 正浩
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Nanzan University (2022)The University of Tokyo (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K19819/
• 关键词: 超音波計測; アレイ信号処理; フェーズドアレイ; 音響放射圧; 外乱補償; 触覚提示; 超音波センシング; 非接触センシング; パターン計測

本年度は、前年度までに製作したULFPAT（Ultrasonic feedback phased array tactile display）の試作機に対し、その性能評価を継続的に行った。超音波フェーズドアレイは非常に高い音場生成の自由度があり、センシングにおいても同様に空間感度分布の設計自由度があるはずだが、単一焦点/単一点感度以外の音場/感度分布は非凸な目的関数の最適化問題となり、大域的な最適解を求めることが困難であった。それに対し局所解を求める方法としてLevenberg-Marquardt法などが有効であり、その他にも複数の手法が提案されている。しかし、得られた解の大域的な位置づけや幾何学的なイメージに基づく考察は困難であった。本年度はこの超音波フェーズドアレイによる音場生成問題を、複素多様体上の大域的最適化問題として定式化できることを明らかにし、国際会議(SICE Annual Conference 2023)にて口頭発表した。また、ULFPATの主目的である刺激位置の妥当性検証について、昨年度発見したサーモグラフィー・カメラに基づくセンシング手法についても、そのメカニズムの詳細を明らかにした。皮膚を音響放射圧により加圧する際、皮膚表面の温度分布が音圧分布を反映しており、それをサーモグラフィーとして確認されることを実験及び熱伝導論に基づき明らかにした。これにより、非常に高い解像度で空間分布が得られ、また時間解分解能も高くリアルタイムで分布を確認できることを確認した。その一方で、皮膚表面の発熱や発汗など、音響照射によるものでない温度外乱が存在する場合、ULFPATによる焦点位置検証が妥当であると考えられる。

This year, までに, and the previous year, までに, produced た たULFPAT (Ultrasonic feedback phased array tactile display) <s:1> prototype machines に against に and そ performance evaluation 価を継続 に industry った. Ultrasound フ ェ ー ズ ド ア レ イ は に い very high sound field generated の freedom が あ り, セ ン シ ン グ に お い て も with others に space distribution の design degrees of freedom が あ る は ず だ が some sensitivity, 単 a focus / 単 の sound field/sensitivity distribution は non-convex な purpose masato number の optimization problem と な り, large domain な optimal solution を め る こ と が difficult で あ っ た . そ れ に し seaborne bureau solution を め る method と し て Levenberg - Marquardt method な ど が have sharper で あ り, そ の he に も plural の technique proposed が さ れ て い る. The な position of られた to obtain the られた solution of the な position of the <s:1> large domain づけや in geometry な メ メ ジに ジに basis づく is difficult であった to investigate. This year's は こ の ultrasound フ ェ ー ズ ド ア レ イ に よ る sound field generated を on many others in the body, the complex element の large domain optimization problem と し て demean で き る こ と を Ming ら か に し, international Conference (SICE Annual Conference 2023) に て oral 発 table し た. ま た, ULFPAT の main purpose で あ る stimulus location の justice 検 card に つ い て, yesterday see annual 発 し た サ ー モ グ ラ フ ィ ー · カ メ ラ に base づ く セ ン シ ン グ gimmick に つ い て も, そ の メ カ ニ ズ ム の detailed を Ming ら か に し た. Skin を sound radiation 圧 に よ り plus 圧 す る interstate, skin surface temperature distribution が の を 圧 distribution し て お り, そ れ を サ ー モ グ ラ フ ィ ー と し て confirm さ れ る こ と を be 験 introduction to heat and び 伝 に base づ き Ming ら か に し た. こ れ に よ り, very slightly で spatial distribution in the high に い が have ら れ, ま た time high solution can decompose も く リ ア ル タ イ ム で distribution を confirm で き る こ と を confirm し た. で そ の party, skin surface の 発 hot や 発 khan な ど, sound radiation に よ る も の で な い temperature exist outside disorderly が す る occasions, ULFPAT に よ る focus position 検 card が appropriate で あ る と exam え ら れ る.

项目成果

Reflection Pattern Sensing for Valid Airborne Ultrasound Tactile Display

用于有效机载超声触觉显示器的反射模式传感

• 发表时间: 2021
• 作者: Masahiro Fujiwara;Yu Someya;Yasutoshi Makino;Hiroyuki Shinoda
• 通讯作者: Hiroyuki Shinoda

Three-dimensional Ultrasound Sensing for Aerial Tactile Display

用于空中触觉显示器的三维超声波传感

• 发表时间: 2020
• 作者: M. Fujiwara;Y. Makino;H. Shinoda
• 通讯作者: H. Shinoda

Phase Optimization on Complex Circle Manifold for Generating High Intensity Ultrasound Foci Using Phased Array

使用相控阵生成高强度超声焦点的复杂圆流形的相位优化

• 发表时间: 2022
• 作者: Masahiro Fujiwara;Yasutoshi Makino;and Hiroyuki Shinoda
• 通讯作者: and Hiroyuki Shinoda

空中超音波触覚提示における焦点反射センシング

空中超声触觉呈现中的焦点反射传感

• 发表时间: 2020
• 作者: 染谷 優;藤原 正浩;牧野 泰才;篠田 裕之
• 通讯作者: 篠田 裕之