テクスチャ触感認識のマルチスケールモデル構築と空間情報処理メカニズムの解明

纹理触觉识别多尺度模型的构建及空间信息处理机制的阐明

基本信息

批准号：
21K12659
负责人：
山崎陽一
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Kwansei Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

テクスチャ触感は、物体表面の凹凸からなる表面テクスチャと指の接触に伴う相互作用の結果、指の皮膚に生じる変形や振動などの物理量から形成される。本研究課題では、この形成過程を表面テクスチャと指の接触に伴う力学的な相互作用のシミュレーションから、相互作用の結果生じた皮膚の変形や振動量といった知覚物理量の統合様式までをマルチスケールモデルとして表すことで、テクスチャ触感の形成メカニズムに関する数理的理解の獲得を目指すものである。2022年度は、2021年度に構築した指と物体の接触シミュレータの妥当性検証と改良に取り組んだ。妥当性検証は指腹モデルとヒトを対象に実施した。モデルを用いた検証では、シミュレータにより精密に再現可能な指腹モデルと物体の接触系を対象にした計測とシミュレーション結果の比較を行い、シミュレータが指腹部全体としての振動的振る舞いを概ね再現できることを確認した。次に、ヒトを対象とした検証では、指の解剖学的構造に基づいた相互作用の特異な性質の有無を確認するための計測実験を行い、この特性をシミュレータにより再現できるかを検討した。計測実験では、13種の布地を上下左右の4方向から撫でた際に指に生じる振動情報及びその際に感じた触感の計測を実施した。その結果、同じ物質を撫でた際に得られる触感が同じであっても撫でる方向により指に生じる振動の性質が異なることが明らかになった。これは知覚物理量の統合様式を考える上で重要な知見であると考えられる。その一方で、シミュレータによる撫で方向に対する異方性の再現では十分できていない。原因としては、指内部の解剖学的構造の再現精度、指と物体の接触状態に関する境界条件の設定などの要因が考えられる。2023年度は前述の要因を検討した上でのシミュレータ改善、知覚物理量の統合様式のモデル化にも取り組む。

纹理触觉是由物体表面凹凸不平的表面纹理与手指相互作用而在手指皮肤上发生的变形和振动等物理量形成的。在这个研究项目中，我们将使用多尺度模型来描述这一形成过程，从模拟表面纹理和手指接触之间的机械相互作用，到整合感知的物理量，如皮肤变形和振动量等。通过表示这一点，我们的目标是获得对纹理触觉形成机制的数学理解。 2022 年，我们致力于验证和改进 2021 年构建的手指-物体接触模拟器。使用指垫模型和人类进行有效性验证。在使用模型的验证中，我们比较了模拟器可以精确再现的指腹模型与物体之间的接触系统的测量和模拟结果，并确认模拟器可以普遍再现手指的振动行为垫整体确认。接下来，在人体测试中，我们进行了测量实验，以确认基于手指的解剖结构是否存在独特的交互特征，并检查了是否可以使用模拟器再现这些特征。在测量实验中，我们测量了手指产生的振动信息以及从上、下、左、右四个方向抚摸13种织物时感受到的触感。结果表明，即使抚摸相同物质时获得的触感相同，手指产生的振动的性质也会根据抚摸的方向而不同。这被认为是考虑感知物理量的积分模式时的一个重要发现。另一方面，模拟器无法充分再现笔划方向上的各向异性。可能的原因包括复制手指内部解剖结构的准确性以及关于手指和物体之间的接触状态的边界条件的设置等因素。在2023财年，我们将在考虑上述因素后，致力于改进模拟器并对感知物理量的集成方式进行建模。