微細凹凸感・摩擦感・硬軟感の同時取得を可能にする指腹曲面型MEMS触覚アレイセンサ

摘要

指先で感じる手触り感の評価において，物体の硬軟感は，表面粗さや摩擦感と並hで触感覚を構成する重要な触覚情報の一つである。人間の指先は物に触ることで，100µm以下の微細な表面凹凸と100µN以下の摩擦力を検出し，同時に接触対象物の柔らかさ及び硬さを認識することが可能である。医療分野では医師が直接触れることで行う触診において，この指先の優秀な感覚を用いて硬さや微妙な手触りの変化から患部組織の状態判断が行われている。触診の定量的評価や手術用ロボットハンドの正確な操作の実現するためには，指先の皮膚感覚を人間以上の感度で実現するセンサが不可欠となる。従来MEMS分野で実現されている多くの触覚センサは，力覚検知を中心とした多軸力検出能力(1-4)を実現しているが，その空間分解能(0.5~2mm)程度であり，上記の指先皮膚の形状認識能力には到達していない。また，触覚センサと対象の固さを検知するセンサ(5-6)を一体化する試みは行われていなかった。我々は指先以上の空間解像度で表面形状と摩擦力を取得可能なアレイ状触覚センサ(7-8)を開発しており，その空間分解能と力感度はそれぞれ100µmと50µNに到達している。しかし，対象がもつ弾性を取得することは手触りの質感検知にとって重要であり，なおかつ，それを指先同様の高い空間分解能で実現することは非常に困難である。そこで本研究では，指先の湾曲形状を模倣し，表面テクスチャ情報と表面の硬さを同時に計測可能な指腹曲面状のMEMS触覚アレイセンサを実現した。