Development of ultrasonic feedback phased array tactile display

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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。