在日本的养老和护理一线,劳动力的减少正成为问题。在此背景下,代替人类从事工作的机器人的开发正在推进。由于设想在确保安全性的同时与人类合作,因此机器人的表面有必要采用柔软且能感知接触、起传感器作用的人工皮肤。
关于以往用于感知接触的人工皮肤,有的利用了将外力变为电流的压电元件以及电极间静电容量的变化。压电元件采用陶瓷材料,在柔软性等方面存在课题。此外,静电容量型在感知接触时需要外部电源,成为薄膜化等的障碍。
此次开发的人工皮肤利用了用氟树脂制造的“驻极体(Electret)”。驻极体看上去呈橡胶状,对这种材料施加高电压,可在约200摄氏度时形成膜。能在内部保持电荷,半永久地产生电场。
土方准教授等人制作了在电极材料之间按层堆叠驻极体和硅的结构。将负电荷存在驻极体里,正电荷被诱导至电极。只要给表面电极加压,硅就会变形,电极和驻极体间的距离发生改变,电极的正电荷移动,产生电流。通过接触被加压后,产生电流,从而获得感知。
新开发的人工皮肤为厚度约50微米(1微米相当于千分之一毫米)、长宽各10厘米的正方形型。土方准教授等人为了做到不仅能感知接触、还能感知接触的位置,设计了利用四个角测定电压的方式。根据加压的位置,各位置的电压产生差异,可根据其比率锁定接触部位。
在确认发电原理的试验中,确认具有压电元件的约560倍的发电量。即使是轻轻触碰,也能以高灵敏度感知。
今后将着眼于防止反复接触和弯曲导致的老化等,进一步提高可靠性。
开发的人工皮肤有望用于在狭小空间运行的传感器的电源。例如在护齿(Mouthguard)中放入传感器、通过唾液测定血糖值的装置的开发正在推进。该装置此前以电池驱动,但在口中难以使用。预计可实现将开发的人工皮肤贴在牙齿上、利用咬合动作向传感器传输电流等的使用方法。