Research projects

本研究課題は、熱制御の観点から人とロボットとの双方向のやりとりを実現するヒューマンインタフェース技術を確立し、触れ合いによって創生されるロボットとの新しいコミュニケーションの在り方を見出すことを目的としている。系全体での熱循環を基盤とした、人への最適な触覚刺激や精度の高い認識を実現する、人とロボット双方において好ましい制御システムの設計方法について明らかにする。

本研究では廃熱を人・機械協調のための付加的な機能として有効活用すべく、機械内部の熱源から外部表面への効率的な熱輸送システムを開発し、廃熱を温度制御・接触対象物の認識に用いた新しい熱マネジメント手法を検討する。効率的な熱輸送を実現するための制御システムの構築について、ハードウェア（デバイス開発）・ソフトウェア（制御アルゴリズム）の双方について取り組む。技術の発展と環境問題の解決を両立した従来の熱対策手法を革新させる基盤技術として、幅広い場面での活用が期待できる。

In this research project, a recognition system for contact objects was developed to improve the accuracy of thermal-based material recognition. We investigated approaches that actively utilize heat from both hardware and software perspectives, including developing a temperature-controllable machine (robot) cover and recognition algorithms for contact objects using a time-series temperature database. By adjusting the temperature of the robot gripper according to the temperature of the object, it is possible to prevent deterioration in recognition accuracy due to environmental changes, which was a conventional problem. Furthermore, high-precision classification through machine learning based on temperature information has been achieved for materials with significantly different thermal properties, such as metal and wood, and metals that are difficult to classify using vision and tactile sensors.

This research was focused on bilateral rendering of thermal sensation which will be one of the important factors for improvement of human interaction from remote environments and it executed from both hardware and software points of view. We succeeded in development of flexible Peltier device by evaporating bismuth-tellurium semiconductor on a thin film. In addition, thermal distribution control was considered. As a result, we obtained research outcomes that contribute to the development of "Peltier electronics."

本研究では温熱技術を用いた人間支援の構築に向けて、高臨場温熱覚を呈示するための分布熱インタフェースの実現を研究目標としている。 本年度の研究では多熱源系の制御へ拡張すべく、ジュール熱等の非線形なモデルを考慮した制御手法や、二次元平面における温度分布制御手法を提案した。 非線形なモデルを用いた提案手法の制御補償器では、従来手法において外乱とされていた非線形要素を考慮しているため、補償電流が増えるにしたがって増加するジュール熱等の影響を考慮することができ、温度指令値への追従性の向上を実現できた。温度分布制御手法では、二次元熱拡散方程式に基づいたモデルを用いた制御器の設計を行い、平面上の任意の点における所望の温度制御を可能にした。 また、本技術を応用した指装着型の温熱覚呈示システムを開発し、指先での繊細な温度分布の再現を可能にした。本システムは4つの熱源と銅板で構成され、4つの熱源による指先での温度分布制御を実現した。さらに前年度に開発した手のひら装着型のサーマルインタフェース（サーモグローブ）を無線化・小型化した。制御PCにはアルディーノを用い、手の甲の部分にすべての回路や制御システムが収まる構成にした。またバッテリー駆動でペルチェ素子に電流を送り込むことができる。さらにグローブ内にバイオメタルファイバーを組み込み、握り動作を再現する収縮機能を搭載した。本技術は「イノベーション・ジャパン2018」にて展示を行い、多くの注目を集めた。 以上に述べた本研究内容に関して、国内論文誌への論文掲載や多くの査読付き国際会議の発表に結実した。また、日本学術振興会において「第9回（平成30年度）日本学術振興会 育志賞」を受賞し、学術的な視点からも評価された。したがって本年の研究成果は理論の自由度の拡張、ハードウェアの小型化・無線化を行い、理論面・応用面において多いに成果が得られた。