新しく開発された電子スキンがヒューマノイドロボティクスを進化させる

人工的な電子スキンの開発は、ヒューマノイドロボットの創造に不可欠である。なぜなら、皮膚は私たち人間に触覚、温度や痛みを感知する能力、そして多くの重要な生命活動を提供するからである。人間の体には、皮膚に位置する触覚受容器があり、それが温度や機械的な刺激を電気信号に変換することを可能にしている。

電子スキンでこれらの能力を再現することは非常に難しい。現在の電子スキンは、運動や温度を個別に検出することができるだけである。同時に温度と機械的な刺激を検出できる電子スキンは、まだ存在しなかった。ただし、現在ではそうではなくなった。

マルチモーダルイオン・エレクトロニックスキン

スタンフォード大学の研究チームは、新しいマルチモーダルイオン・エレクトロニックスキンを開発した。このスキンは、イオン伝導体の特殊な特性を利用して、温度と機械的な刺激を同時に測定することができる。シンプルな構造を使用することで、電子スキンは温度と機械的な刺激を同時に測定することができる。

研究チームには、POSTECHのUnyong Jeong教授と、材料科学・工学部のInsang You博士、そしてZhenan Bao教授が含まれている。研究結果は、Scienceに2020年11月20日に掲載された。

この開発以前、電子スキンは機械的な刺激が加えられたときに温度の測定に大きな誤差を生じることが多かった。研究チームは、人間の皮膚を参考にして、電解質を含むイオン伝導体材料を使用してセンサーを開発した。電解質は、人間の皮膚が自由に伸縮することができるようにする役割を果たしている。イオン伝導体材料の測定周波数によって、異なる測定特性を示すことができる。

これらの研究を通じて、研究チームは、触覚と温度を同時に測定できる多機能人工受容器を開発した。研究チームは、温度と運動を測定する2つの変数、電荷緩和時間と正規化容量を導出することができた。

新しく開発された人工受容器は、多くの商業的な応用が期待できる。なぜなら、適用された物体の温度と、外部刺激による歪みプロファイルを正確に測定できるからである。

ヒューマノイドスキン

マルチモーダルイオン・エレクトロニックスキンは、着用可能な温度センサーまたはロボットスキンに応用することができ、よりヒューマノイドなロボットを作成することができる。

Insang You博士は、この研究の第一著者である。

「指が電子スキンに触れたとき、電子スキンは接触を温度の変化として検出する。指がスキンを押したとき、接触部の後部は伸縮し、運動として認識される」とYou博士は述べた。「私は、このメカニズムが、実際の人間の皮膚が温度や運動などの異なる刺激を認識する方法の1つであると疑っている」。

Jeong教授は、対応著者であった。

「この研究は、電解質を使用したマルチモーダル電子スキン研究の扉を開く第一歩である」とJeong教授は述べた。「この研究の最終的な目標は、人間の触覚受容器や神経伝達物質を模倣する人工イオン・エレクトロニックスキンを作成することである。これにより、病気や事故により触覚感覚を失った患者が触覚を回復することができる」。