人間が感じる触覚の評価指標と計測デバイスについて解説

5Gなどの通信技術の向上と共に、ロボットの遠隔操作のように「自分の体と同調させて操作をする」技術や、仮想空間でアバターを操作するといった「感覚をリアルに体験しながら操作する」技術へのニーズが高まってきています。

それによりデバイス開発の現場では、視覚だけではなく触覚の表現も求められています。

特に産業用ロボットの分野においては、作業性能を強化するために、ロボットが人間と同様の感触を得られるような触覚デバイスの研究開発が進められています。

触覚デバイスは、大きく分けて2種類に分類できます。一つ目は触覚を再現するもので、二つ目は触覚を検出するものです。

触覚フィードバックとは、振動で触覚を表現する方法です。手指に振動を与えることで、触っている感覚を生み出します。

この技術は、例えばスマートフォンの画面上のボタンやポータブルゲーム機のパネルに採用されています。画面上を操作するだけでは物理的な感触は得られませんが、操作を検出した際に振動させることによって、実際に触れたような感触を与えることが可能です。

画面上で操作をしていることを知覚しやすくなり、ユーザーにとって利便性が向上します。

触覚センシングとは、手指で感じ取る感覚を数値化することです。人間が感じる触覚には、圧力、温度、接地面積、すべりなど、さまざまな感覚があります。このような感覚を数値化する技術を触覚センシングとよび、触覚センシングが可能なデバイスとしてさまざまな種類の触覚センサーが開発されています。

触覚センサーの用途は多岐にわたりますが、代表的な例としては工場で用いられている産業用のロボットハンドが挙げられます。

生産工場で人間が行っていた作業をロボットで代用するため、部品を掴む・はめ込むといった操作精度を高めるために触覚センサーが用いられています。

触覚センシング技術が今後ますます発展することで、人間にしかできない繊細な作業や熟練した職人の勘・コツが必要な作業をロボットが代用できるようになることが予想されます。

触覚の評価に使われるデバイスを、評価指標ごとに紹介します。

主に力覚センサーが挙げられます。力覚センサーには、電気抵抗式、静電容量式、圧電式、光学式などがあります。複数のセンサーを組み合わせることで、一つのセンサーではカバーできない曲面や大面積に対応したり、多軸の接触を検出したりすることが可能です。

こちらはすべり覚センサーが挙げられます。すべり覚センサーには、変異検出式、光学式、微振動・高周波検出式、負荷変化検出式などがあり、すべり振動や接触面の変化を検出できます。また、力覚センサーもうまく組み合わせることで、すべり評価に用いることが可能です。

硬度計（ひずみゲージなど）、温度センサーなどが挙げられます。また、複合要素の評価については、力覚センサーや振動センサーなどを組み合わせて使うことも可能です。

主に近接覚センサーが挙げられます。近接覚センサーには、光反射式、超音波反射式、静電容量式などがあり、ロボットの視覚を補助するような、広義の触覚センサーです。

触覚の評価指標とそれを検出するデバイスは、以下のようにまとめられます。

それぞれの評価指標を検出する際に、どのようなデバイスを採用できるのか、参考にしていただければと思います。