皮膚感覚インターフェースデバイスの開発と皮膚感覚情報処理の解明

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皮膚感覚の「センシング-伝送・記録-ディスプレイ」を可能とするシステムを実現し,皮膚感覚研究のプラットフォームを確立することを目標として研究を進めた.まず皮膚感覚を検出する基本デバイスとして、セルブリッジシステムという新規な通信方式を用いた人工皮膚を実現した。受容器は導電繊維を用いた層状サイトであり、セルブリッジという計測および通信素子がそれらのサイト境界に配置される。弾性体の非線形特性を利用して力の総和と接触面積を検出し、そのデータのパケットを、同様な導電性サイトを用いて連鎖伝達されていく。このような構成をとることにより、長い配線を含まない、柔軟な人工皮膚が実現できる。セルブリッジの機能を搭載したLSIの開発を行い、4つの受容器をもつデバイス試作に成功することができた。センシング、データ転送の特性は定量的に評価された。触覚ディスプレイとしては、強力超音波を収束して放射圧を発生させ、そのスポットを高速に2次元走査可能なデバイスの開発に成功した。試作に用いた3MHzの超音波の波長は0.5mmであり、1mm径のスポットに収束させることは容易である。またその周波数は触覚の帯域である1kHzより十分に高く、1ms以下の時定数で圧力分布を制御することができる。このように本研究で開発した触覚ディスプレイは、皮膚表面上の圧力パターンを時間的にも空間的にも高い解像度で正確に制御することができるデバイスである。さらに人工皮膚を実現するために考案された二次元通信の技術によって、筋電の2次元分布を検出するサポーター状のデバイスの開発を行った。柔軟な繊維に筋電計測電極を高密度配置することで、手指の動きを計測する。装着が容易なサポーター状デバイスとすることにより、新しいヒューマンインタフェースとして幅広い用途に応用できる。