AcousTac: Tactile sensing with acoustic resonance for electronics-free soft skin

要約

音は空気を介して伝わる豊富な情報媒体です。
人々は音声でコミュニケーションし、タップしたり聞いたりすることで内容を識別することもできます。
人間の可聴範囲の周波数を捕捉するために、市販のマイクは通常 40kHz 以上のサンプリング レートを備えています。
これらの利用可能な音響技術は、ロボットに触覚を与えるという明確な目的にはまだ広く採用されていません。
研究者の中には、周囲のサウンドスケープをモニタリングしたり、埋め込みスピーカーやマイクを使用して構造物内の音を測定したりするなど、音を使用して触覚情報を感知している人もいます。
ただし、これらのオプションは通常、定常状態の力の直接的な測定を提供しないか、接触位置の近くのどこかに組み込まれた電子機器を必要とします。
この研究では、エレクトロニクスを使用しない力に敏感な柔らかい皮膚用の音響触覚センサー、AcousTac を紹介します。
適合するシリコン キャップとプラスチック チューブは、従来のオフボード マイクで測定可能な空気圧駆動の音を発する共鳴室を構成します。
結果として生じる周波数の変化は、コンプライアントエンドキャップへの外部負荷によって異なります。
チューブの長さやエンドキャップの形状などの幾何学的パラメーターに基づいて、各 AcousTac タクセルを特定の力と周波数範囲に調整することができるため、アレイ内の各タクセルを同時に独自に感知できます。
4 タクセル アレイと 3 タクセルの拘束グリッパーという 2 つのロボット システムで AcousTac の機能を実証します。
AcousTac は、特に接触近くの電子機器が適切ではない状況において、柔らかいロボット表面での力を感知するための有望なコンセプトです。
ロボットに触覚センシングと柔らかい皮膚を装備することで、触覚が得られ、周囲と安全に対話できるようになります。

要約(オリジナル)

Sound is a rich information medium that transmits through air; people communicate through speech and can even discern material through tapping and listening. To capture frequencies in the human hearing range, commercial microphones typically have a sampling rate of over 40kHz. These accessible acoustic technologies are not yet widely adopted for the explicit purpose of giving robots a sense of touch. Some researchers have used sound to sense tactile information, both monitoring ambient soundscape and with embedded speakers and microphones to measure sounds within structures. However, these options commonly do not provide a direct measure of steady state force, or require electronics integrated somewhere near the contact location. In this work, we present AcousTac, an acoustic tactile sensor for electronics-free force sensitive soft skin. Compliant silicone caps and plastic tubes compose the resonant chambers that emit pneumatic-driven sound measurable with a conventional off-board microphone. The resulting frequency changes depend on the external loads on the compliant end caps. We can tune each AcousTac taxel to specific force and frequency ranges, based on geometric parameters, including tube length and end-cap geometry and thus uniquely sense each taxel simultaneously in an array. We demonstrate AcousTac’s functionality on two robotic systems: a 4-taxel array and a 3-taxel astrictive gripper. AcousTac is a promising concept for force sensing on soft robotic surfaces, especially in situations where electronics near the contact are not suitable. Equipping robots with tactile sensing and soft skin provides them with a sense of touch and the ability to safely interact with their surroundings.

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