光力センシングは、人間と機械の相互作用を一変させつつある 

触覚を感知できるロボットハンド。操作部が見えない、洗練されたオーブンのフロントパネル。筐体そのものが入力面となるスマートウォッチ。こうしたあらゆる用途において、表面は新たな役割を担うようになっています。もはや単なる筐体として機能するだけでなく、インタラクションそのものの一部となっているのです。 

「表面には、ますます多くの機能が求められるようになっています。 光学式力センシング技術は、まさにそれを可能にします。この技術は、ごくわずかな表面の変形さえも検知し、それをタッチ、圧力、接触に関する実用的な情報に変換します。これにより、表面は能動的なインターフェースへと変わり、家電からロボット工学に至るまで、人間と機械の相互作用の可能性を広げます」と、ams OSRAMのシニアプロダクトマネージャー、クリスチャン・ファイエル氏は述べています。

あらゆるタッチからより多くの情報を得る
製品の表面が、従来のボタンやタッチパネル以上の機能を提供するためには、単に接触の有無を検知するだけでは不十分です。各タッチから可能な限り多くの情報を抽出し、接触点でそれを捕捉する必要があります。 

これは、タッチや圧力が単一の点ではなく、複数の点に及ぶ場合、特に困難になります。例えば、ロボットハンドが工具を持ち上げる際、複数の指に力がどのように分散しているか、また把持の過程でその力がどのように変化するかを検出する必要があります。複数の接触点を組み合わせることによってのみ、相互作用の全体像を把握することができるのです。

まさにここで、アナログ・フロントエンド AS7160 がその真価を発揮します。このデバイスは、最大8つの光学フロントエンドを同時に制御し、複数のセンサーポイントからのデータを並列で取得します。これにより、例えばロボットハンドは、複数の接触点にわたる圧力情報を分析し、把持プロセスのより正確な全体像を把握することが可能になります。

ここで決定的な要因となるのが、システムの高い感度です。 AS7160は、わずか0.22マイクロメートルの表面変動を検出します。これにより、人間の髪の毛の直径よりもはるかに小さな変形も検知可能です。このため、センサーは、金属の裏側や湿った環境下であっても、加えられた力のわずかな変化を識別し、ロボットハンド内でツールが動いたことを早期に検知することができます。

機械が接触から得られる情報が多ければ多いほど、周囲の状況をより正確に把握できるようになります。しかし、同様に重要なのは、この情報がどこで取得されるかという点です。光学フロントエンド SFH7065 は、まさにこの目的のために設計されています。 いわゆる「サイドルッカー」として、このセンサーユニットは上面からではなく、表面に沿って横方向の変化を検知するため、指先、関節、指の側面、さらにはロボットハンドの曲面部分など、複雑な形状へのセンシング技術の組み込みの可能性を広げます。 この横方向のセンシング機能により、圧縮力とせん断力の両方を測定することが可能になります。これにより、センサーは物体がどれほどしっかりと把持されているかだけでなく、把持中に物体が動いているか、あるいは滑り始めているかまで検知できるようになります。 トップルッカーと組み合わせることで、開発者は接触や力が実際に発生する場所にセンサーを正確に配置できます。これにより、センシング技術が製品の構造そのものに組み込まれます。もはや単に保護されたり覆われたりするだけでなく、検知や制御に能動的に貢献するようになるのです。

単なる触覚以上のもの：追加の情報源としての 圧力
同じ原理は日常的な用途にも適用でき、光学式力センシングがユーザーとのインタラクションに新たな可能性を切り開きます。

オーブンなどの家電製品では、操作部が閉じたガラス扉の背後に完全に隠れることが可能です。複数のセンサーポイントを配置することで、個別の操作ボタンを目に見える形で配置することなく、専用の操作ゾーンを形成できます。オーブンミットを着用している状態でも、軽く触れるだけでメニューを開き、意図的に圧力をかけることで機能を起動させることができます。 

同様に、コンパクトなデバイスにおいても、追加機能を既存の表面に直接統合することが可能です。例えばスマートウォッチの場合、筐体そのものが入力面として機能します。 時計の側面を長押しすればワークアウトモードが開始され、短押しすれば電話に出ることができます。これにより、製品のデザインや形状を変えることなく、新たな入力オプションが可能になります。

光学式力センシングは、単にタッチを検知するだけでなく、それを追加の情報源へと変換します。ロボット工学、家電製品、ウェアラブルデバイスにおいて今日可能となっていることは、より広範な発展を示唆しています。製品はますます「デジタルな触覚」を獲得しつつあり、周囲とよりきめ細やかな方法で相互作用できるようになりつつあるのです。
 

詳細はこちら：機械式ボタンをスマートサーフェスに置き換える