中国科学技術大学工学部：液体金属に基づく連続体触覚センシング研究が新たな進展を遂げる
2026-06-30
マルチモーダル触覚知覚は、人型ロボットが器用な操作、人間とロボットのインタラクション、および環境適応を実現するための重要な能力です。しかしながら、従来のフレキシブル電子皮膚は主に離散的なセンサアレイに依存しており、配線の複雑さ、柔軟性の制限、ならびに軟質・硬質界面における機械的信頼性の低さといった固有のボトルネックに直面しています。この難題を突破するため、研究チームは革新的に「連続体触覚知覚」という新しいアプローチを提案しました。単一で無構造の液体金属界面のみを用いて、押圧、位置、滑りなど多様な触覚情報の連続的な知覚を実現し、システム構造を大幅に簡素化することに成功しました。
研究により、液体金属界面の電気二重層（EDL）電圧が機械的変形に伴って動的に変化することが明らかになりました。さらに重要なことに、導電性グラファイトが液体金属に接触すると、界面電荷移動効果により触覚信号が100倍以上の協同増幅を示し、本来微弱な界面応答が高感度かつ安定して読み取り可能な電気信号へと変換されることが分かりました。この「接触増幅」メカニズムは、高性能フレキシブル触覚センシングに全く新しい基礎原理を提供するものです。
この独自の信号増幅メカニズムに基づき、研究チームはさらに幾何学的にエンコードされたデュアルチャネル知覚戦略を構築し、5×5センチメートルの液体金属平面上で高精度な二次元位置認識と8方向の滑り軌跡識別を実現しました。従来のアレイ型電子皮膚とは異なり、本システムはピクセル化されたセンシングユニットを必要とせず、連続界面のみに依存して空間的な触覚位置特定と運動方向解析を完了させることができ、「アレイレス」触覚知覚の独自の利点を示しています。研究チームはまた、人型ロボット用の触覚デモンストレーションシステムを構築し、触覚信号をリアルタイムで解析することにより複雑な動作シーケンスの再構築を実現し、さらにLEDアレイを駆動して視覚的フィードバック検証を完了させることで、本技術の人間とロボットのインタラクションシステムにおける応用可能性を示しました。
本研究は、連続液体金属界面に基づく全く新しい触覚知覚パラダイムを確立し、次世代の人型ロボット用電子皮膚に新たな技術的ロードマップを提供するものです。将来的には、本技術は人型ロボット触覚システムやウェアラブルデバイスなどの分野への応用が期待され、ロボットが人間の皮膚により近い連続的な触覚知覚と環境インタラクション能力を備えることを可能にします。
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