Combined Micro Tactile Sensor Chip with Mechanical and Warm-cold Stimulations Mimicking Frequency and Spatial Characteristics of Human Receptors

本年度は多周波数特性・多空間特性検知素子および温冷感検知素子の開発と、接触面分析について並行して研究を進めた。多周波数特性検知素子については、設計や作製プロセスの改良を行い、歩留まりの向上が確認され、ひずみ抵抗と圧電素子により時間特性の異なる応答を同時に得ることに成功した。しかし、センサチップの実装時に断線が生じやすいという課題は残ったため、さらなる設計の改良を行い、試作を行っているところである。また、封止エラストマ材料や形状による周波数特性の依存性を有限要素解析および振動印加試験により分析した結果、センサの各周波数における平均的な感度は封止エラストマ材料の剛性に依存し、また、封止部の形状は感度ピークの大きさに影響することが分かった。多空間特性検知素子については、検知素子感度の感度分布依存性を評価し、封止エラストマが薄いと最大感度が大きく、一方で厚いと最大感度は小さくなるが応答を示す面積が大きくなり、これらはトレードオフの関係にあることを見出した。このことから、検知素子によって封止厚みを変化させることによる空間特性制御の可能性を示したといえる。温冷感検知素子については、測温抵抗の材料として、従来のAuに比べてより高い抵抗温度係数(TCR)を持つ二酸化バナジウム(VO2)を適用することを検討した。成膜条件や熱処理条件を最適化することで、安定してVO2の結晶性を示す薄膜を得ることができ、そのTCRは20000 ppm/K以上と従来の8.3倍の値を得ることができた。これにより、μmオーダのわずかな表面粗さの違いによる温冷感の違いを数秒で検知可能となった。接触面の分析に関しては、指紋のような凹凸を設けたセンサと、凹凸を持つ対象物の接触時の応答についてデータを集め、また接触面観察手法について検討し課題を抽出し、今後の分析のための準備を完了した。

本年度は多周波数特性・多空間特性検知素子および温冷感検知素子の開発と、接触面分析について並行して研究を進めた。多周波数特性検知素子については、設計や作製プロセスの改良を行い、歩留まりの向上が確認され、ひずみ抵抗と圧電素子により時間特性の異なる応答を同時に得ることに成功した。しかし、センサチップの実装時に断線が生じやすいという課題は残ったため、さらなる設計の改良を行い、試作を行っているところである。また、封止エラストマ材料や形状による周波数特性の依存性を有限要素解析および振動印加試験により分析した結果、センサの各周波数における平均的な感度は封止エラストマ材料の剛性に依存し、また、封止部の形状は感度ピークの大きさに影響することが分かった。多空間特性検知素子については、検知素子感度の感度分布依存性を評価し、封止エラストマが薄いと最大感度が大きく、一方で厚いと最大感度は小さくなるが応答を示す面積が大きくなり、これらはトレードオフの関係にあることを見出した。このことから、検知素子によって封止厚みを変化させることによる空間特性制御の可能性を示したといえる。温冷感検知素子については、測温抵抗の材料として、従来のAuに比べてより高い抵抗温度係数(TCR)を持つ二酸化バナジウム(VO2)を適用することを検討した。成膜条件や熱処理条件を最適化することで、安定してVO2の結晶性を示す薄膜を得ることができ、そのTCRは20000 ppm/K以上と従来の8.3倍の値を得ることができた。これにより、μmオーダのわずかな表面粗さの違いによる温冷感の違いを数秒で検知可能となった。接触面の分析に関しては、指紋のような凹凸を設けたセンサと、凹凸を持つ対象物の接触時の応答についてデータを集め、また接触面観察手法について検討し課題を抽出し、今後の分析のための準備を完了した。