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ヒト共生ロボットの全身を覆う触覚センサ、セラミック基板使い低価格に

三宅 常之=Tech-On!
2013/11/15 17:00
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リボン状のセンサ・システムのイメージ。東北大学、トヨタ自動車、豊田中央研究所のデータ(第5回「集積化MEMSシンポジウム」(2013年11月5〜7日、宮城県仙台市、応用物理学会集積化MEMS技術研究会主催、講演番号:7PM1-E-2)
リボン状のセンサ・システムのイメージ。東北大学、トヨタ自動車、豊田中央研究所のデータ(第5回「集積化MEMSシンポジウム」(2013年11月5〜7日、宮城県仙台市、応用物理学会集積化MEMS技術研究会主催、講演番号:7PM1-E-2)
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センサと配線の断面。東北大学、トヨタ自動車、豊田中央研究所のデータ(第5回「集積化MEMSシンポジウム」(2013年11月5〜7日、宮城県仙台市、応用物理学会集積化MEMS技術研究会主催、講演番号:7PM1-E-2)
センサと配線の断面。東北大学、トヨタ自動車、豊田中央研究所のデータ(第5回「集積化MEMSシンポジウム」(2013年11月5〜7日、宮城県仙台市、応用物理学会集積化MEMS技術研究会主催、講演番号:7PM1-E-2)
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試作したセンサの接続部の断面。東北大学、トヨタ自動車、豊田中央研究所のデータ(第5回「集積化MEMSシンポジウム」(2013年11月5〜7日、宮城県仙台市、応用物理学会集積化MEMS技術研究会主催、講演番号:7PM1-E-2)
試作したセンサの接続部の断面。東北大学、トヨタ自動車、豊田中央研究所のデータ(第5回「集積化MEMSシンポジウム」(2013年11月5〜7日、宮城県仙台市、応用物理学会集積化MEMS技術研究会主催、講演番号:7PM1-E-2)
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 東北大学、トヨタ自動車、豊田中央研究所は、介護現場などで人間を支援するロボット向けに、全身を覆う多数の触覚センサを低コストに実装する技術を共同開発した。触覚センサとデータ読み出し/送信回路をSi基板で形成し、裏面に配線を引き出すための電極をLTCC(low temperatureco-fired ceramics:低温同時焼成セラミックス)で作る。裏面への配線をSi基板にTSV(Si貫通電極)で形成するよりも製造プロセスが簡素で安価になる。2013年11月7日まで仙台市で開催された第5回「集積化MEMSシンポジウム」で発表した(講演番号:7PM1-E-2)。

 トヨタ自動車などは、人間が生活を営む環境で共生するロボットに、周囲の状況変化へ臨機応変に対応できる機能が必要と考えている。そうしたロボットには、ものの把持・操作、人とのコミュニケーション、人や物との衝突回避といった能力が求められると見ており、そのためロボットの全身に触覚センサを高密度に分布させる考えだ。

 ロボットの全身を触覚センサで覆うために開発を進めているのが、数mmの幅のリボン状ケーブルに触覚センサを1cm間隔といった密度で実装したセンサ・システムである。このリボン状のセンサ・システムをロボットの全身に巻きつけることで、数千あるいは数万といったセンサを全身に実装する。ケーブルは、電源と信号線の4線から成るフレキシブル品であり、実装したすべてのセンサをバス接続する。各センサは、触れられると、その都度、触覚信号のデータとセンサ固有のIDをバスに流す。これで高速応答と低消費電力化を両立している。触覚センサは、Si薄膜で構成し、触れられた際のSi薄膜の変形を静電容量変化に変えてCMOS回路で読み出す。デバイスから通信方式に至る一連の要素を3者は共同で開発しており、今回発表したのは、センサをケーブルに電気的に接続する部分である。

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