【世界初】立命館大がマイクロフィンガーを用いたダンゴムシの力計測に成功　柔らかい人工筋肉、力触覚、温度センサー等を搭載

立命館大学は、理工学部の小西聡教授の研究チームが、独自の触覚センサーを搭載したマイクロフィンガー(指1本が幅3mm、長さ12mm)を操作してダンゴムシに触れ、反応したダンゴムシの脚力と胴体力(まるまるチカラ)を計測することに成功したことを発表した。脚力は数mN、胴体力は最大15mNを計測した。

本研究成果は、2022年10月10日（現地時間）に、「Scientific Reports」（オンライン版）に論文「Active tactile sensing of small insect force by a soft microfinger toward microfinger-insect interactions」として掲載されている。

小さな生き物にやさしく触れて、刺激を与えるマイクロフィンガーの開発

この発表に合わせて、立命館大学は理工学部の小西聡教授による報道関係者向け発表会を行い、研究チームを代表して小西教授が研究の成果とその重要性を説明した。

小西聡教授は「虫眼鏡や顕微鏡で、小さな世界を視覚的に見ることはできるが触ることは難しい。もしもこのミクロの世界に入っていって触って感じることができるハンドがあれば、世界はもっと拡がるのではないか」とした。

人工筋肉の圧力駆動で動き、歪センサーを内蔵

この研究のポイントは下記の3つ。

・触覚機能を持ったマイクロフィンガーで、小さな生き物（今回はダンゴムシ）へのやさしい能動接触と、力計測に世界で初めて成功した。

・マイクロフィンガーはソフトマイクロマシン。シリコンラバー製で柔らかく、圧力駆動の人工筋肉マイクロアクチュエータによって曲げ動作が可能。この動作により小さな生き物にやさしく触れて、刺激を与えることができる。

・マイクロフィンガーには、液体金属配線を用いた柔らかな歪センサーを内蔵。自らの姿勢を検知し、小さな生き物からの力を計測することができる。



指の一本一本には、風船のように圧力を加えると膨らむような原理の人工筋肉が採用され、意図した方向に曲がるように設計されている。また指が曲がった時の曲げ検知を行う歪みセンサーがマイクロマシン技術で集積化されている。センサーの正体は液体金属、柔らかいアクチュエーターやセンサーを使った技術が基礎となっている。

触覚を持ったマイクロフィンガーでミクロ世界に潜入

開発したマイクロフィンガーは、長さ12mm、幅3mm、厚さ490μmで、とても小さなもの。シリコンラバー製の柔らかい人工筋肉の圧力駆動によって動き、液体金属を使った柔軟な歪センサーを内蔵している。

グローブ形状の操作コントローラを使い、連動して動作する5本指のマイクロフィンガーで小さなダンゴムシを触るとダンゴムシが反応し、センサーに加わった圧力を検出することで数値化したり、温度を計測することができる。グローブにフィードバックする力覚情報を得ることができる。また、小さな生物に触ることで、小さな世界に入り込み、ダンゴムシとの意思のコンタクトも感じることができることもあるという。

触れる顕微鏡

小西教授は「顕微鏡は見るためのツールですが、この技術を使えば”触れる顕微鏡”という概念ができるんではないかなと考えています。マイクロフィンガーと、一方でオペレーターが自分の体にコントローラを装着して、マイクロフィンガーのセンサーから得られた信号や感覚を自分のものとして感じるような感覚を提示するツールが欲しいと感じ、自分たちで作ったのが経緯となります。
また、VRゴーグルと合わせて顕微鏡の画像見ながら自分があたかも小さな手や指を自分のものとして感じられる世界を展示し、その触覚を感じることもできるというチャレンジに今、取り組んでいます」と語った。

■過去の動画 ミクロの世界との遭遇　触覚をもったマイクロロボットハンドがあなたの触覚とリンク

マイクロロボットの技術は、医療分野でも活用が期待できる。例えば、超小型のマイクロフィンガーが内視鏡と一緒に体内に入ることができれば、細胞や薄皮などをどけたり移動することで、内部を細かく検査したり隠れた細胞を採集することができるかもしれない(滋賀医大との共同研究)。その他、応用分野は多岐に渡ると想像できる。小西教授は「この技術の活用アイディアを持つ人たちと積極的に議論していきたい」と語った。

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