触覚インターフェイスの柔らかさを定量化する:リアルなタッチのための新しい公式

カリフォルニア大学サンディエゴ校

研究者は、知覚される柔らかさのさまざまなレベルを再現できるフォーミュラを開発しました。実験の結果に基づいて、材料の厚さ、ヤング率 (材料の剛性の尺度)、および微細パターン領域に基づいて、材料がどの程度柔らかいかまたは硬く感じるかを計算できる方程式を作成しました。この方程式は逆のこともでき、たとえば、一定レベルの柔らかさを感じるためには、素材の厚さや微細パターンがどれくらい必要かを計算することもできます。

特別に設計された素材は、知覚されるさまざまなレベルの柔らかさを模倣します。 (写真:David Baillot/カリフォルニア大学サンディエゴ・ジェイコブス工学部)

研究者らはまず、素材の知覚される柔らかさを測定するために使用される 2 つのパラメーター、つまり押し込み深さ (指先が素材に押し込む深さ) と指先と素材の間の接触面積を調査することから始めました。通常、これらのパラメータは、指先がオブジェクトを押し込むと同時に変化します。 2 つのパラメータを分離し、人間の被験者でテストするために特別に設計された材料が開発されました。研究者らは、それぞれ独自の押し込み深さと接触面積の比率を持つ 9 つの異なるエラストマースラブを作成しました。スラブは、表面の微細パターンの量、厚さ、ヤング率が異なりました。

微細パターンは、スラブの表面に点在する隆起した微細な柱の配列で構成されます。小さな柱により、指先は接触面積を変えることなくより深く押すことができます。スラブは、2 つのタスクを実行するように指示された 15 人の被験者でテストされました。最初のタスクでは、被験者に複数のスラブのペアを提示し、各ペアの中で柔らかい方を特定するように依頼しました。 2 番目のタスクでは、研究者らは被験者に 9 枚のスラブを最も柔らかいものから最も硬いものまでランク付けさせました。

全体として、被験者が柔らかいと感じたスラブはより厚く、表面には微細パターンがほとんどまたはまったくなく、ヤング率が低かった。一方、より硬く感じられたスラブはより薄く、より微細なパターンがあり、ヤング率が高くなります。

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