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Development of ultrasonic feedback phased array tactile display

超声反馈相控阵触觉显示器的研制

基本信息

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

项目摘要

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 and the previous year we produced a trial machine for ULFPAT (Ultrasonic feedback phased array tactile display) and conducted performance evaluation. The degree of freedom of ultrasonic sound field generation is very high, and the degree of freedom is very high.ンシングにおいても同様にDesign freedom of spatial sensitivity distributionがあるはずだが、The sound field/sensitivity distribution other than a single focus/single point sensitivity is an optimization problem of a non-convex target number. It is difficult to find the optimal solution for a large area.それに対しbureau solved をquest める method としてLevenberg-Marquardt method などがeffective であり, そのhis にもplural のtechnique がproposal されている.しかし, られたsolved the な position of the large domain and the づけや geometry of the なイメージにbase づく investigated the difficulty であった. This year's ultrasonic sound field generation problem, complex multi-element body SICE Annual Conference 2023)にてverbal presentationした.また, ULFPAT's main purpose and stimulating position's appropriateness certificate 検について, last year's annual meeting したサーモグラフィー・カメラに记づくセンシング Technique についても、そのメカニズムのDetails を明らかにした. The skin's acoustic radiation pressure, the pressure increase, the temperature distribution on the skin surface, the sound pressure distribution, the reflection, and theれをサーモグラフィーとして confirms されることを実験 and び热伝 Introduction に记づき明らかにした.これにより、Very high resolution spatial distribution が得られ、Time solution resolution energy high くリアルタイムでdistribution confirmation できることをconfirmation した.その方で、Skin surface heat and sweat など、Sound irradiation and temperature outside the control The existence of the situation, the focus position of ULFPAT, and the certification of the correctness of the test.