フレネル領域超音波ビームによる浮遊物体運動制御に関する研究

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令和１年度は以下３項目の研究を行った．１）球体制御における力学モデルの定式化：前年度の研究では直径20 cm球を対象としていたが，様々な直径の球体に対応するために，空中超音波フェイズドアレイが生成する超音波が球体に与える力の数理モデルを定式化した．現在，直径10 cm, 20 cm, 25 cmの球体が制御できることを確認している．本成果は，より多彩な空中インターフェースや超音波駆動型空中ロボットを実現する点でも重要である．２）空中インターフェースシステムの開発：前年度に開発した空中ディスプレイシステム・遭遇型接触感提示システムを発展させた空中インターフェースシステムの開発を行った．前年度と比較して，移動速度の高速化・片手で掴むなどのインタラクションの追加・立体映像の表示機能追加が行われ，より多彩な３次元拡張現実コンテンツの提示が可能となった．３）平面・立方体の制御：より多様な形状をもつ物体の３次元位置・姿勢制御に向けて，平面および立方体の姿勢制御に取り組んだ．カメラや深度センサを用いて平面や立方体の向きを計測し，向きに応じて空中超音波フェイズドアレイを用いて音場を生成するアルゴリズムを開発した．その結果，並進運動を誘起することなく１軸まわりの回転を制御することに成功した．これは，空中超音波を用いて超音波波長よりも十分大きな物体の方向を制御した最初の例である．本成果を空中インターフェースシステムや超音波駆動型空中ロボットに応用すれば，カメラやディスプレイ等のペイロードを特定の方向に指向させることができる．