Control of Distributed Heat Transfer for Development of Interaction with High-Presence Thermal Sensation

控制分布式传热以发展与高存在热感觉的相互作用

基本信息

批准号：
17J06070
负责人：
大澤友紀子
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J06070/
关键词：
温熱制御熱伝搬温熱感覚呈示

项目摘要

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。

在这项研究中，研究目标是实现分布式的热接口，以表现出高分辨率的热感，以便使用热技术创造人类的支持。在今年的研究中，为了扩展到对多个热源系统的控制，我们提出了一种控制方法，该方法考虑了非线性模型，例如焦耳热，以及在二维平面中的温度分布控制方法。在使用非线性模型的拟议的控制补偿器中，考虑了在常规方法中被认为是干扰的非线性元素，并且可以考虑随着补偿电流的增加而增加的焦耳热等效果，并且可以考虑提高补偿电流，并提高跟踪性能对温度命令值的跟踪性能。温度分布控制技术涉及使用基于二维热扩散方程的模型设计控制器，从而可以在平面上的任何点进行所需的温度控制。此外，我们已经开发了一种手指安装的热感应系统，该系统采用该技术来使触点处细腻的温度分布繁殖。该系统由四个热源和一个铜板组成，并使用四个热源在指尖进行温度分布控制。此外，在上一年开发了棕榈安装的热界面（Thermoglove）。控制PC由Ardino制成，所有电路和控制系统都可以安装在手的背面。此外，电池供电允许将电流发送到Peltier元件。另外，将生物素纤维掺入手套中，并且具有收缩功能可再现抓地力。这项技术是在2018年日本创新（Innovation）展出的，引起了很多关注。这项研究的上述内容导致在许多同行评审的国际会议上发表了国内期刊和演讲的出版物。他还获得了日本科学促进学会日本科学促进学会的“第9届（2018）伊库希奖”，并从学术角度获得认可。因此，在扩大理论，小型化和无线硬件的自由度方面，已经取得了今年的研究结果，并且在理论和应用方面已经取得了许多结果。