- 물체를 비접촉으로 측정하여 접촉된 감각을 디스플레이 상에서 재현 / 물체와 접촉하지 않고 그 형상과 경도(硬度) 양쪽 모두를 측정하여 물체를 접촉한 감각(촉감각(觸感覺))을 가상적으로 재현할 수 있는 시스템을 NHK와 공동으로 개발 / 물체의 형상뿐만 아니라 그 표면의 경도 분포까지를 접촉하지 않고 계측하여 그것을 멀어진 지점에 전송해 물체에 접촉한 감각을 체험할 수 있는 시스템을 처음으로 실현 / 본 시스템은 외형으로는 알 수 없는 촉감각까지도 전달할 수 있어 시각 장애자나 고령자에게도 알기 쉽게 정보를 전달하는 방송 기술로 연결 - 

도쿄(Tokyo)대학 대학원 신영역 창성 과학 연구과, 일본 학술 진흥회 연구 그룹과 일본 방송협회(이하, NHK)는 물체와 접촉하지 않고 그 형상과 경도 양쪽 모두를 측정하여 물체를 접촉한 감각을 가상적으로 재현할 수 있는 시스템을 공동으로 개발하였다. 

지금까지 물체 표면의 경도를 측정하기 위해서는 계측 장치를 표면에 접촉 또는 근접시킬 필요가 있어 먼 곳에서 경도를 측정할 수 없었다. 2011년에는 도쿄 대학 연구 그룹은 초음파를 물체 표면에 조사함으로써 발생하는 표면의 변형을 레이저 광선으로 계측하는 장치를 개발하여 물체에 접촉하지 않고 그 경도 분포를 측정할 수 있도록 하고 있었다. 

2013년 NHK는 경도 분포 데이터에 근거하여 손가락 끝의 복수 점에 자극을 주는 것으로 물체를 접촉한 감각을 재현하는 촉각(觸覺)・역각(力覺) 디스플레이(주 1)를 개발하고 있었다. 

이번에 도쿄대학 연구 그룹이 개발한 물체에 접촉하지 않고 경도 분포를 측정할 수 있는 장치를 개량하여 NHK가 개발한 촉각・역각 디스플레이를 조합하는 것으로 촉감의 계측・제시 시스템을 완성하였다. 향후에는 시청각뿐만 아니라 음식물이나 생물 등의 촉감각까지도 전달할 수 있어 장애자나 고령자에게도 알기 쉽게 정보를 전달하는 방송 기술로 연결될 것으로 기대하고 있다고 한다. 

연구 배경・선행 연구에 있어서의 문제점으로 시청각뿐만 아니라 그 외의 감각, 특히 촉각의 정보를 계측하거나 그것을 사람들에게 체감시키는 기술의 연구 개발이 최근 활발하게 진행되고 있다. 예를 들면 접촉하여 처음 아는 촉감의 정보인 경도의 정보를 가능한 방법으로 기록하여 그 촉감을 자유롭게 재현할 수 있으면 시청각뿐만 아니라 촉각의 체험 일부도 전달할 수 있게 된다. 그러나 이것을 기존 기술로 실현되는 것은 곤란하였다. 

촉감을 전송하기 위한 하나의 고려 방법은 인간의 분신으로서 동작하는 원격 로봇(슬레이브 로봇(slave robot))이 대상 물체를 접촉하여 그 때의 반력이나 진동을 기계를 통해 조작자에게 전달하는 방식이다. 그러나 이 방식으로는 한 명이 촉각을 느끼고 있는 동안 1대의 슬레이브 로봇이 물체에 접촉할 필요가 있어 많은 사람이 동시에 하나의 물체를 접촉할 수 없고 원할 때 촉각을 다시 체험할 수도 없었다. 

또 다른 고려 방법은 경연(硬軟)의 정보, 즉 인간이 물체에 접촉했을 때 그 표면이 어떻게 응답하는지를 계산하기 위한 역학 모델을 물체 표면 전체에 걸쳐 계측하여 물체 표면의 3차원 형상 모델과 함께 데이터화하는 방법이다. 형상과 역학 특성 모델이 한 번에 데이터화되면 그것을 전송하는 것으로 복수의 사용자를 원할 때 그 물체에 접했을 때의 감각을 체험할 수 있다. 그러나 이렇게 하기 위해서는 물체 표면 전면에 걸쳐 역학 특성을 계측하는 장치가 필요하다. 기존에는 이러한 역학 특성을 계측하기 위해서 센서를 접촉시키는지 표면 근처에 근접시킬 필요가 있었다. 이러한 센서로 표면 전체의 경연 분포를 계측하기 위해서는 로봇 암을 이용하여 센서를 이동시키면서 물체의 표면 전체를 1점씩 계측할 필요가 있다. 

도쿄대학 연구 그룹은 물체에 직접 접촉하지 않고 원격으로부터 표면 경도를 계측할 수 있는 장치를 세계에 처음으로 개발하였다. 구체적으로는 초음파를 발생하는 다수의 소자를 배열하여 각 소자의 진동 위상(주 2)을 자유자재로 제어할 수 있는 Ultrasonic Phased Array(주 3)를 이용하여 물체 표면의 1점에 초음파를 수속(收束)한다. 초음파의 수속점에서는 음압이 매우 크게 되지만 이와 같은 강한 초음파가 조사되는 부위에는 초음파의 에너지 밀도에 비례한 방사압(주 4)으로 부르는 힘이 발생한다.

이러한 방사압의 크기를 변화시키는 것으로 물체 표면을 미소 변형시켜 그 변형량을 레이저 변위계로 계측하는 것에 의해서 경도를 추정한다. 초음파의 수속점이나 레이저의 계측점은 용이하게 신속하게 이동(주사)시킬 수 있기 때문에 표면 전체의 경도 분포를 단시간에 계측할 수 있다. 또한 물체 표면에 직접 접촉하지 않기 때문에 망가지기 쉬운 표면이나 생체 표면 등도 계측할 수 있다. 

이러한 계측 장치는 도쿄대학 연구 그룹에 의해서 2011년에 처음으로 보고된 것이지만 2013년 NHK가 개발한 촉각・역각 디스플레이와 조합하여 촉감의 계측・제시 시스템을 이번에 완성하였다. 이러한 촉감의 계측・제시 시스템은 2014년 5월 현재에 세계에서 일례가 없는 것이라고 한다. 그리고 NHK가 개발한 촉각・역각 디스플레이는 손가락 끝에 복수 점의 힘 분포를 생성할 수 있는 점, 이번은 특히 나안으로도 볼 수 있는 공중 영상과 동시에 제시할 수 있는 점에 기존에는 없는 특징이 있다. 

이번 실현된 시스템은 미지의 물체에 인간이 접촉하였을 때 느끼는 표면 경도의 정보를 다수의 인간이 동시에 체험할 수 있는 것을 실증한 것이다. 이것에 의해서 시청각뿐만 아니라 촉각으로서의 경도 분포 정보도 원리적으로는 전송 가능하다는 점을 시사하고 있다. 시간이나 공간의 격차를 넘어 전송・공유할 수 있는 감각 정보는 지금까지 주로 시청각으로 한정되고 있었지만 이것에 이어 경도에 관한 촉각의 체험도 전송・공유할 수 있게 된다. 또한 평상 시 접촉할 수 없는 액체 표면이나 생물의 촉감도 체험할 수 있게 될 것으로 기대된다. 이것은 정상인에 있어서 보다 풍부한 커뮤니케이션이나 다양한 체험을 가능하게 할 뿐만 아니라 시청각 장애자와 정상인이 체험이나 감동을 공유할 수 있는 새로운 커뮤니케이션의 실현으로 연결될 것이라고 한다. 

또한 도쿄 대학이 개발한 비접촉 경도 분포 계측 장치는 센서를 접촉 또는 근접시키지 않고 경도를 계측할 수 있는 기존에는 없는 장치이며 인체 표면을 포함한 다양한 경도 평가 센서로서 의료, 미용 건강, 농작물이나 공업제품의 품질관리 등 폭넓은 응용이 기대된다고 한다.