触覚における皮膚構造の役割 - Tachi Lab

結果を Fig. 3,Fig. 4, に示す(皮下組織は省略).ここで注
目すべきはマイスナー小体の存在位置(図中黒丸)でのひ
ずみ集中である.指紋,真皮乳頭といった皮膚構造により
以下の二点の機構が存在することがわかった.
• 垂直応力でもせん断ひずみを生じる機構.
• 水平応力に対し,ひずみ集中位置がひとつずれた位置に
集中する機構.(以下「クロス機構」と呼ぶ)
Fig. 3: Vertical force from whole surface
Fig. 4: Horizontal force from middle fingerprint
4. ロバスト性の検証
発見されたクロス機構が実際の皮膚で生じうるか検証し
た.応力比として垂直:水平 = 10:1, 1:5 の 2 種類について,
皮膚の厚さと指紋の高さを変化させ,クロス機構が生じる
範囲を求めた(Fig. 5, Fig. 6).この範囲に実際の皮膚構
造があればクロス機構が生じていると考えて良い.実際の
皮膚と対応させた結果を Fig. 7 に示す.この結果から実際
の皮膚でクロス機構が生じている可能性は極めて高いとい
える.
Fig.6:Vertical:Horizontal=10:1 Fig.7:Vertical:Horizontal=5:1
Fig.8: Comparison with actual skin
1P1-3F-C1(2)
5. 皮膚構造の果たす役割
第 3 節で示した二つの機構が皮膚構造のどの部位によって
生じるかを解明する.四つの構造的特徴の有無によりモデ
ルを作成し(Table 1)シミュレーションを行った.実際の皮
膚構造の場合の結果(Fig. 3, Fig. 4)と比較することにより,
各皮膚構造が機構に果たす役割がわかる.結果の一部を拡
大したものを Fig. 9, Fig. 10 に,まとめたものを Table 2
に示す.人間の皮膚における四つの構造的特徴が,垂直応
力をせん断ひずみに変換する機構および,クロス機構にと
って各々重要な働きを果たすことがわかった。
Table 1: Models
model no.
fingerprintintermediate
limiting
huge
intermediate
actual skin ○ ○ ○ ○
1 × ○ ○ ○
2 ○ × × -
3 ○ ○ × -
4 ○ × ○ -
5 ○ ○ ○ ×
Fig.9: Vertical no. 3, 4
Fig.10: Horizontal no. 3, 4
Table 2: The role of skin structure in force direction
force finger- inter-
huge
limiting
direction print mediate
intermediate
vertical ○ ○ × ○
horizontal ○ × ○ ×
6. おわりに
垂直応力をせん断ひずみに変換する機構の存在により,第1
節で示した一点目の問題点が解決された.また,水平応力
に関しては,従来,指紋直下にしか影響を及ぼさないと思
われていた.しかし,水平応力に対しひずみが特徴的な空
間分布に変換されること(クロス機構)がわかった.さらに,
各皮膚構造が二つの機構に果たす役割を明確化した.今後
は,複数の指紋から応力をかけた場合に拡張する.
参考文献
[1] 奈良: “触覚情報処理の理論およびその触覚ディスプレ
イへの応用,”東京大学博士論文, 2000.
[2] 前野他: “ヒト指腹部構造と触覚受容器位置の力学的関
係 , ”日本機械学会論文集(C 編 ), Vol.63, No.607,
pp.881-888, 1997.
[3] 宮岡他: “触覚における振動検出域値の振動方向依存性,
静岡理工科大紀要,”Vol.9, 2001.