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アイテム
指先皮膚触覚の工学的実現を目指した微細触感覚センサに関する研究
https://kagawa-u.repo.nii.ac.jp/records/7377
https://kagawa-u.repo.nii.ac.jp/records/73770ead2f17-9df2-4359-83cb-2f1714a3e29f
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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本文 (13.7 MB)
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論文内容の要旨・審査結果の要旨 (370.5 kB)
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| Item type | 学位論文 / Thesis or Dissertation(1) | |||||||||||
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| 公開日 | 2021-05-18 | |||||||||||
| タイトル | ||||||||||||
| タイトル | 指先皮膚触覚の工学的実現を目指した微細触感覚センサに関する研究 | |||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||
| 言語 | ||||||||||||
| 言語 | jpn | |||||||||||
| 資源タイプ | ||||||||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 | |||||||||||
| 資源タイプ | doctoral thesis | |||||||||||
| アクセス権 | ||||||||||||
| アクセス権 | open access | |||||||||||
| アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||||||||
| 著者 |
綿谷, 一輝
× 綿谷, 一輝
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| 抄録 | ||||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||||
| 内容記述 | 1.緒論 視覚，聴覚などのヒトの感覚機能を工学的に再現するセンサ技術が進んでいる分野に対して，『触覚』機能の再現はいまだ確立されていない領域である。本論文では，ヒトが持つ触覚の中でも最も発達している指先皮膚触覚の再現を目指した“微細触感覚センサ”を開発し，その有効性を検討した。 第一章では，本研究の背景，目的について述べている。ヒトの指先触覚の機能と性能についてまとめ，それを再現するセンサによって期待される応用分野について議論した。また，これまでに開発されている様々な触覚センサについて構造と原理・性能についてまとめ，指先触覚の機能との対比を行っている。本研究の目的として，ヒトの能動触で得られる手触り感において重要な要素である，表面凹凸検出，摩擦力検出，硬さ検出における高分解能・空間解像力での工学的再現手法の実現を設定した。 |
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| 言語 | ja | |||||||||||
| 抄録 | ||||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||||
| 内容記述 | 2.ミクロ-マクロスケール微細触感覚センサの実現と評価 第二章では，指先皮膚触覚の構成単位である指紋隆線と，指腹全体の力覚に相当する情報を取得可能な，ミクロ-マクロスケール微細触感覚センサを試作した。指紋隆線の形状とサ イズを模倣した先端径500µmの接触子構造と基準面構造を集積し，微細表面凹凸と摩擦力及び全体荷重・全体摩擦力を同時取得する原理を提案した。また，柔軟なシリコンビーム構造によって100µm以上の可動ストロークを実現し，これまでのダイアフラム型の触覚センサでは困難だった微細な表面凹凸への追従性を実現した。設計した集積化センサの製作プロセスを確立し，デバイスを製作した。製作したセンサの評価においては，対象表面を走査することによって微細表面形状と摩擦力及び全体荷重と全体摩擦力の同時検出を実証した。 |
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| 言語 | ja | |||||||||||
| 抄録 | ||||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||||
| 内容記述 | 3.接触子と対象表面における接触解析 第三章では，微細触感覚センサの基本的な特性として，計測対象を走査した際の接触子の振る舞いについて考察しまとめた。微細表面凹凸と摩擦係数に対して接触子に働く力について解析しこれらを説明可能な力学モデルを提案した。また，接触子を走査することで得られる空間分解能について，接触子の先端径との関係を理論モデルとして提案した。提案モデルに基づき行った実験では微細触感覚センサによる16µmの空間分解能を実証し，ヒトの指先の空間分解能である約50µm以上を実現したことを示した。 |
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| 言語 | ja | |||||||||||
| 抄録 | ||||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||||
| 内容記述 | 4.微細触感覚センサを用いた手触り感評価 第四章では，本研究で開発した微細触感覚センサから得られる触覚情報を人間が感じる手触り感の評価に用いた結果について述べる。様々な布地の手触り感に関する官能評価値に対して，相関の強い物理的特徴を微細触感覚センサによって取得した触覚情報から抽出し，それらを用いた手触り感評価モデルへの有用性を示した。また，微細触感覚センサで取得した触覚情報に対して，ニューラルネットワークを用いた分類手法について検討した。その結果，画像では分類困難なティッシュペーパーについて，人間の正答率31%に対して80%以上の正答率を実現した。 |
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| 言語 | ja | |||||||||||
| 抄録 | ||||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||||
| 内容記述 | 5.触覚分布情報を取得可能なアレイ型微細触感覚センサの実現と評価 第五章では，ヒトの指先と同様に対象表面における触覚情報の分布を取得可能にするアレイ型微細触感覚センサを製作した。接触子構造をヒトの指紋隆線配列と同程度の密度である500µmピッチの6画素アレイとして設計した。また，走査方向に対してヨー角を付すことで対象表面の幅をもった領域における触覚情報を取得する計測手法を提案した。計測対象として用いた布地サンプルでの評価では，幅方向の空間分解能50µmで織り構造と摩擦力の分布取得を実証した。また，質感が触れる方向に依存する布地サンプルについて，触覚情報の方向性を，異なる方向への走査する手法によって示した。 |
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| 言語 | ja | |||||||||||
| 抄録 | ||||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||||
| 内容記述 | 6.表面硬さ分布を取得可能なアレイ型微細触感覚センサの実現と評価 第六章では，硬さの分布情報を取得可能とするアレイ型微細触感覚センサについて述べる。指腹の丸みを模倣した飛び出し量の異なる接触子アレイ構造によって複数の接触条件を生成し，対象の硬さを算出する計測手法を提案した。また，センサと計測対象との接触角度に依存せず対象硬さを算出する手法を提案した。評価実験では，表面凹凸・摩擦力の検出と同時に，硬さ分布の約100µmの空間分解能での計測を実証した。また，簡便な生体皮膚表面の計測を可能とする本センサを搭載したマルチ触覚スキャナーを製作し，皮膚病変部の位置と硬さを計測可能であることを実証した。 |
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| 言語 | ja | |||||||||||
| 抄録 | ||||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||||
| 内容記述 | 7.結論 第七章では総括として，本研究において開発した各種微センサ技術の比較と社会実装へ向けた課題，および結論を述べている。本研究では，ヒトの指先皮膚触覚を再現するセンサ技術について，接触子構造を提案し，表面凹凸・摩擦力をヒトの指先を超える分解能・空間解像力で取得可能なセンサを実現し，アレイ集積化により二次元分布情報の取得と硬さの取得を実現した。また，手触り感を評価するモデルへの検討を行い，ニューラルネットワーク技術を用いて，人間以上の正答率を達成した。これらの研究により期待される応用分野に対する知見を得た。 |
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| 言語 | ja | |||||||||||
| 学位名 | ||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||
| 学位名 | 博士（工学） | |||||||||||
| 学位授与機関 | ||||||||||||
| 識別子Scheme | kakenhi | |||||||||||
| 識別子 | 16201 | |||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||
| 機関名 | 香川大学 | |||||||||||
| 言語 | en | |||||||||||
| 機関名 | Kagawa University | |||||||||||
| 学位授与年月日 | ||||||||||||
| 学位授与年月日 | 2021-03-24 | |||||||||||
| 学位授与番号 | ||||||||||||
| 学位授与番号 | 甲第154号 | |||||||||||
| 著者版フラグ | ||||||||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||||||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||||||||
