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触覚センサ ~柔軟素材による変位検出/MEMS技術による超薄型多軸検出/手触り感検出~

資料

触覚センサ ~柔軟素材による変位検出/MEMS技術による超薄型多軸検出/手触り感検出~

組織名 タッチエンス株式会社
技術分野 ものづくり、ナノテクノロジー
概要 タッチエンス株式会社は、は東京大学から導入した「触覚」に関する先進的な技術を事業化するために2011年に設立しました。 生体センサの中で、「視覚」に次いで実用化が期待されている「触覚」のセンシング技術に特化し、ロボット、ゲーム、医療などの市場で、今はない新しい触覚センサ市場の創造を目指しています。主力製品として、柔軟スポンジ素材により、三次元方向の偏移が検出できる世界初の柔らかい変位センサ「ショッカクキューブ」、MEMS技術による微細加工で世界最薄・最小レベルを実現した6軸センサ「ショッカクチップ」、測定対象物の凹凸と摩擦力をミクロンオーダーで計測可能な超高感度手触りセンサ「ショッカクプローブ」を取り扱っています。また、上記以外にも企業様のご要望に合わせて特化・設計した製品の開発も可能です。
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【簡略図】

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【背景】

下請型の中小企業の既存事業の柱の一つであったFA事業とのシナジー効果を狙い、長期的な成長が見込まれたロボット市場に参入すべく、東京大学から導入した「触覚」に関する先進的な技術を事業化するために2011年にタッチエンス株式会社を設立しました。ロボットの外装を柔らかく出来る柔軟ショッカクキューブと、同じくロボットの指先に搭載出来る程小型で軽量なショッカクチップにより、民生用及び産業用ロボット市場へ独自のインターフェイスの提供を行っています。
また、2019年には、第三の触覚センサとして、人間の指先の手触り感検知能力を上回る新しい触覚センサデバイスの技術であるショッカクプローブについて香川大学とライセンス契約を締結し、皮膚感覚領域での感度の数値化が求められる美容、ヘルスケア、医療業界で新たな触覚センサ市場の創造を目指しています。

【技術内容】

①柔軟スポンジ変位センサ「ショッカクキューブ」
スポンジそのものがセンサになっており、形状変化を三次元方向で自由に計測することが可能です。
自動校正機能を内蔵し、スポンジの経年劣化に合わせてキャリブレーションを取り直す事で長期の耐久性を保証します。センサ内の計測ポイント数や、スポンジ部分と基板のサイズはカスタマイズも可能です。スポンジ自体を立体的に複雑な形状には出来ないが、シリコンゴム等外装を付ける事で柔らかさの調整や形状の変更は可能です。

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②多軸触覚センサ「ショッカクチップ」
MEMS技術による微細加工で最大6軸の多軸方向の力の同時計測が可能なセンサです。
9×9×3mmのサイズでセンサ他電子部品をオールインワンに内蔵した世界最薄・最小レベルのパッケージで、較正されたデジタル信号(I2C, SPI等)を直接出力することが可能です。外装樹脂には低圧縮永久歪で耐熱性、耐薬品性に優れたシリコーンを採用しています。

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③超高感度手触りセンサ「ショッカクプローブ」
人間の指紋の様に、接触面の微小な凸凹と摩擦力の変化を同時に計測する事で、手触りの数値化を実現します。
プローブ先端の接触子が直接表面をスキャンするので、肌、毛髪、紙、金属等、様々な対象物の表面状態をミクロンオーダーで検出することが可能です。

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【技術・ノウハウの強み(新規性、優位性、有用性)】

①柔軟スポンジ変位センサ「ショッカクキューブ」

                      
今までになかった「やわらかい」触覚センサです。スポンジ自体がセンサになっているため、やわらかい触覚で、三次元方向の変位をそのまま計測できます。やわらかいモノに埋め込んでも安全で、自然な手触りのままインターフェイスとすることが可能です。耐水性の面についても加水分解しないスポンジを使用し、独自開発の自動校正機能を内蔵する事で長寿命化を実現しています。すでに量産化され耐久性が重要視されるシチュエーションでの採用実績があります。

②多軸触覚センサ「ショッカクチップ」

「世界最薄・最小」レベルの6軸センサです。センサコア部分は、微小機械電子システム(MEMS)で、すでに8インチのMEMSウエハ製造による高い量産性は実証済みです。指先に収まるほどコンパクトな設計のため、ロボットの指先や、ウェアラブルデバイスなど、スペースが限られていて、今までセンサを搭載できなかった場所での使用に最適です。トレードオフの関係にあるセンサ感度と耐荷重の調整により、微小荷重~高荷重領域まで対応が可能です。

③超高感度手触りセンサ「ショッカクプローブ」
世界初「手触り」を計測する触覚センサです。人の指紋に近い構造で、表面微細凹凸と摩擦力変化を同時検出が可能です。微小機械電子システム(MEMS)を活用し、高精細構造でありながら、小型で量産効果を得られる技術です。

【連携企業のイメージ】

・指先や外装に触覚が必要なロボットハンド及びアームを製造するロボットメーカー。
・触覚が必要なハンドやアームを組み込んだ民生ロボット、産業ロボットを製造するシステムメーカー。
・VRゲーム、スマホゲーム向け等に、新規性の高いコントローラやタッチパネルを開発しているデバイスメーカー。
・オンライン治療や手術ロボットを開発している医療機器メーカー。
・ぬいぐるみ等へ感情表現の導入を検討している玩具メーカー。
・肌の手触りの数値情報が必要な美容機器メーカーや化粧品メーカー。
・部材の官能評価の数値化が必要な自動車関連メーカー。
・アスリート向けに運動のシミュレーションの可視化が必要なスポーツ用品メーカー。

【技術・ノウハウの活用シーン(イメージ)】

①柔軟スポンジ変位センサ「ショッカクキューブ」

柔らかい外装に埋め込む事で、人間の筋肉のような柔軟性を実装。
ゲームコントローラに搭載し、今までにない柔らかい感触の新感覚の入力を実現。
医療用ベッドのマットレス内に埋め込むことで、患者の姿勢情報を取得。
自動車のシート内に埋め込むことで、ドライバーやその他同乗者の姿勢を検知。

②多軸触覚センサ「ショッカクチップ」
ロボットの指先に搭載し、人間同様の力触覚検知機能を持たせることが可能。
ゲームコントローラやタッチパネルに搭載して、指先サイズの1つのボタンで、立体的な動作のコントロールを実現。
医療器具に搭載し、感覚的な動作を数値化し、将来的には、医療ロボットによる手術の自動化をサポート。

③超高感度手触りセンサ「ショッカクプローブ」
ロボットの検査工程での手触りによる官能評価を数値化。紙や布の手触り感を瞬時に数値化し、今まで職人にしかできなかった高度な 判断や作業を可能に。


肌や毛髪の構造と手触り感を瞬時に数値化し、健康状態を判定する事で、そのひとに合ったケアの提案が可能。

【技術・ノウハウの活用の流れ】
本技術の活用にご興味があればお気軽にお問合せください。本製品以外にも、企業様のご要望に合わせてカスタマイズ設計可能ですので、お気軽にご連絡ください。

【専門用語の解説】

(MEMS)

 微小な電気機械システムを表すMicro Electro Mechanical Systemの略語で、シリコン半導体ウエハ等にセンサや電子回路等を集積したミクロンレベルの構造を持つデバイス。

(6軸)

垂直荷重(Fz)とせん断荷重(Fx/Fy)の直交3軸と、各直交3軸のモーメント荷重
(Mx/My/Mz)の回転方向の3軸を合わせた計6点の計測軸。

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