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皮膚型ソフト触覚センサー搭載ロボットグリッパーで精密把持を実現

研究チームが、人間の皮膚に匹敵する特性を持つソフト触覚センサーを開発しました。このセンサーを指先に搭載したロボットグリッパーは、壊れやすい物体の安定把持や針への糸通しといった困難なタスクを遂行できます。

人間の皮膚の主な特徴は、せん断力を感知できることです。二つの物体が接触したときに滑らせる力です。せん断力の大きさ、方向、微細な変化を感知することで、人間の皮膚はフィードバックとして機能し、物体を手や指でいかに安定して保持すべきか、どれくらい強く把持すべきかを調整できます。

この人間の皮膚の特徴を模倣するため、ソフト触覚センサーは人間の皮膚のような多層構造に統合され、厚さ約0.5mmの柔軟で特殊に磁化されたフィルムを最表層として含みます。外力が加わると、フィルムの変形による磁場変化を検知します。より重要なのは、外力を自動的に法線力(物体に垂直にかかる力)とせん断力の二成分に分解し、それぞれを精密に測定できることです。

さらに、センサーは人間の皮膚のような別の特性、「触覚超解像」を備えます。これにより刺激位置を可能な限り正確に特定できます。効率的な触覚超解像アルゴリズムがディープラーニングを用いて、接触位置の局在化精度を60倍向上させます。このアルゴリズムは、最少の検知ユニット数で触覚センサーアレイの物理分解能を向上させ、配線数と信号伝送時間を削減できます。

センサーをロボットグリッパーの指先に搭載することで、チームはロボットが困難なタスクを遂行できることを示しました。外力で引き剥がそうとしても卵のような壊れやすい物体を安定把持し、テレオペレーションで針に糸を通せました。センサーはセンサーアレイや、ロボット全身を覆う連続的な電子皮膚の形にも容易に拡張できます。

センサーの感度と測定範囲は、センサーの厚さを変えずに最表層(磁性フィルム)の磁化方向を変えるだけで調整可能です。これにより、電子皮膚を人間の皮膚のように、部位ごとに異なる感度と測定範囲を持たせられます。また、他の触覚センサーと比べて遥かに短い製造・キャリブレーションプロセスで済みます。

このセンサーは、適応把持、巧緻操作、テクスチャ認識、スマート義肢、人間-ロボットインタラクションなど、ロボティクス分野の様々な応用に有益です。

センサー

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