触覚センサは、機械やロボットが人間のような触覚を感知するためのセンサです。
触覚と言っても、その中でさらに様々な感覚に分類することができ、触覚センサというデバイスにおいては主に以下のような感覚を計測するセンサが存在します。

• 圧力感覚センサ：物体が加える力を測定するセンサです。単純な力の大きさの測定だけでなく、それがどのような方向から受けているかをセンシングするものもあります。
• 触感覚センサ：力ではなく、物体表面の粗さや形状を検出するためのセンサです。
• 温度感覚センサ：物体に触れた際の温度を測定するデバイスです。機械の温度管理や人体の体温計測などに使用されています。
• 振動感覚センサ：振動や衝撃を検出するデバイスです。表面の滑りを検出することで物体の移動を検出することもできます。

これらのような感覚のセンシングは、単一のセンサで複数の感覚をセンシングできるものもあります。
触覚センサはロボットであればロボットハンドに取り付けて把持の安定化を行ったり、機械やゲームの入力インターフェースとして使用されたり、ウェアラブルデバイスのようなヘルスケアや医療といった分野で使用されています。

前章で触覚といってもいろいろな感覚があるという話をしましたが、このような様々な感覚を検知する上で、様々な測定原理を用いた触覚センサが開発されています。
以下が代表的な触覚センサの測定原理になります。

• 電気抵抗式：受けた力による物体の歪みによって電気抵抗が変化する物体を用いて力を検出します。ひずみゲージや感圧導電ゴムが代表的です。シンプルな回路で低コストでの生産ができますが、出力信号が小さいため、ノイズや温度条件による補正を行う必要があります。
• 静電容量式：コンデンサの原理を用いて、力によって平行な板間の距離を変化させ、静電容量の変化を検出します。こちらも構造的にシンプルで小型化しやすい反面、電磁ノイズの影響を受けやすいという短所があります。
• 圧電式：圧力が与えられると電圧が発生する素子を用いて、触覚を検出します。剛性が高く、感度も高い反面、ドリフト(無負荷状態でのセンサ値の揺らぎ)が発生しやすいという問題があります。
• 光学式：力が加わった際に模様などを変形させ、その変形を光学的に計測する方法です。耐環境性に優れ、センサ内部の構造をシンプルにできますが、光学的な計測のためにセンサ部分の小型化が難しくなります。

今回紹介するPlyonのセンサの特徴としては、測定方法としてハイブリット方式を採用しており、上記の電気抵抗式と静電容量式の2つを合わせたセンサになっています。
2つの方式を合わせることで、ドリフトが少なく、静的な負荷で高い安定性を得ることができるのと、より感度の高い力の検出が可能になります。
また、センサが柔らかい素材で作られているため、曲げたり、曲面などに貼り付けることも可能です。
さらにこのセンサの面白いところとしては、静電容量の仕組みを用いて近接センサとしても使用することができるというところです。
近接センサとして本センサを使ってみる記事も別で掲載してますので、ぜひご覧いただければと思います。
Plyonの触覚センサにはいくつかのタイプがあり、以下のタイプが用意されています。

• シングルタイプ：センサが1つ搭載されたセンサです。形状違いでSquare, Medium, Stripeが用意されています。
• アレイタイプ：センサが複数配列されているセンサです。複数配列されることで、接触した位置を検知することができます。
• スライダータイプ：滑りを検知するセンサです。

それでは実際にセンサを使って、出力などを見てみたいと思います。
以下のようにシングルタイプのセンサ本体を付属のセンサボードに接続することで、計測を行うことができます。

ボード上にLEDが設置されており、センサに指で触れるとLEDが点灯し、接触が検知できているのが分かります。
実際に触れてLEDが点灯しているところが以下の写真になります。触れる力を強めていくとLEDの色が変化し、力の大きさについても検出できていることが確認できました。

次に、センサボードとPCを繋いで、シリアル通信によりセンサデータをPCに送信しながら、グラフでどのような波形が得られるかを見てみます。
センサの波形のグラフ化にkstというソフトを使用しています。kstとの接続については、センサマニュアルに記載されています。
センサ部分にトントンと指で押したり離したりを繰り返した際の波形が以下になります。

弱い力でも比較的綺麗な波形が得られており、センサの感度は高いと感じました。

次にアレイタイプのセンサの出力も見てみます。
アレイタイプは細長いセンサ本体の中に複数のセンサが配置されており、触れる場所に応じて反応するセンサが異なるので、センサに触れた位置を検出することができます。
以下のようにセンサ本体を接続し、場所を変えながらセンサに触れてみます。

以下のように触れる場所に応じて異なるLEDが反応しました。

最後にスライダタイプの出力を見てみます。
スライダタイプもアレイタイプと同じような細長いセンサ形状をしており、指をスライドさせることで発行するLEDの個数が変化することを確認できました。(左側の白色LED)

Pylonという触覚センサの特徴について説明し、3つのタイプのセンサの出力をセンサボードに接続して実際に触りながら確認してみました。
ハイブリッド方式により出力波形のノイズが少なく、センサ本体が曲げられることで様々な形状の物体に貼り付けて使用することが可能なため、幅広い用途での使用が期待できます。
この記事を読んで、このセンサ面白いなと感じていただけた方はぜひ下記リンクよりお問い合わせ下さい。

https://nanoxeed.co.jp/product/plyon/

最後までお読み頂きありがとうございました。