革新的電子皮膚が人間並みの触覚感覚を実現

長年、科学者たちは機械に触覚を備えさせようとしてきました。知能的ヒューマノイドや義肢に電子皮膚を装備し、皮膚が自然かつ協調的に人間と働き、環境内の様々な構造を操作できるようにしてきました。

これら電子皮膚は大規模センサーアレイで構成され、迅速な体性感覚知覚を提供します。しかし触覚データをセンサーから直列伝送するため、読み出しレイテンシボトルネックが生じます。

シンガポール大学研究者たちが、超高応答性・堅牢性を持つ「非同期符号化電子皮膚（ACES）」を開発。神経系に着想を得て、圧力・温度・湿度を検知。ほぼ全タイプのセンサー皮膚層とペアリング可能で、電子皮膚として効果的に機能します。

仕組み

人体には脳・皮膚・筋肉をつなぐ約72kmの神経があります。この研究では人間神経系を着想源にロボット用電子皮膚を開発。

皮膚（ACES）は249センサーで覆われたシリコン層で構成。多数センサー（最大10,000）でも驚異的低読み出しレイテンシ維持しながら、熱触覚データを同時伝送可能。

Reference: ScienceMag | DOI:10.1126/scirobotics.aax2198 | University of Singapore

最大240人工機械受容器プロトタイプアレイを実証。全て非同期でデータ伝送、1ミリ秒レイテンシ、60ナノ秒未満の時間精度維持。

こうした低レイテンシ・超高精度により、迅速触覚知覚に不可欠な微細時空間特徴を解像可能。

Image credit: Mario Tama/Getty

複数センサーが1受信機にフィードバックし、個別電極ではなくシステム全体として機能する電子皮膚を初めて構築した点で大きなブレークスルー。センサー並列接続のため、個別受容器損傷でもシステム全体正常動作可能。

ACESの潜在的欠点：送信機/受信機がセンシングイベント損失発生を検知不能。しかしアーキテクチャはシンプルな送信機実装と刺激イベントの印象的タイミング精度を実現。リアルタイム動作が重要な電子皮膚応用で極めて重要な要素です。

研究チームは神経科学者・エンジニアと協力し、義手への触覚回復支援に取り組み中。電子皮膚が自律型擬人ロボットの機械-人間-環境相互作用を前進させ、AI統合で高性能機械-脳インターフェース実現可能と考えています。

産業技術