国立先进产业技术综合研究所 [会长：石村和彦]（以下简称“AIST”）传感系统研究中心 [研究中心主任：蒲田俊英] 混合传感装置研究小组 竹下俊宏 首席研究员 山下隆宏 首席研究员 小林健 研究小组负责人为欧姆龙株式会社 [总裁兼首席执行官：山田Yoshihito]（以下简称“欧姆龙”）与电子机械零部件业务公司合作，开发出世界上最薄、最轻的产品。触觉薄膜状振动装置(触觉薄膜) 已开发。
目前用于游戏控制器和智能手机的触觉执行器偏心电机是啊压电陶瓷使用执行器，并且由于灵活性和尺寸限制，可以沿着曲面粘贴。排列很困难。 AIST 和欧姆龙是超薄MEMS技术全球最薄，厚度7μm压电薄膜致动器之外，我们还创建了一系列8865_8941|，实现了最大限度地提高振动的薄膜基板安装技术，并开发了可以表达更广泛触感的触觉薄膜。
此结果的详细信息将于 2021 年 1 月 29 日在线举行的 IEEE MEMS2021 上以口头形式呈现。
图 1 (a) 世界上最薄的触觉压电薄膜致动器，(b) 安装在薄膜基板上的触觉薄膜，(c) 带有沿曲面附着触觉薄膜的控制器的图像
在娱乐和远程技术领域，人们越来越期望触觉技术不仅可以再现视觉和听觉感觉，还可以再现触觉，能够实现真实的临场感。目前游戏控制器和智能手机外壳中使用的触觉执行器均采用偏心电机和压电陶瓷执行器，但由于尺寸限制难以形成阵列，且启动速度慢，只能通过开关来控制，因此可表达的触感有限。这些致动器主要使整个外壳振动，并且可以表达的触感种类有限。此外，使用压电陶瓷的设备的灵活性有限，并且当放置在弯曲表面上时振动阻尼是一个问题。另一方面，由聚合物制成的执行器具有灵活性，但存在功率低的问题。
AIST 正在研究和开发在薄膜基板上实现超薄 MEMS 的超薄 MEMS 技术。另一方面，欧姆龙正在推广智能电子元件（智能机器和零件）。 AIST 和欧姆龙正在进行联合研究，旨在开发一种触觉薄膜，其中多个执行器排列在薄膜基板上，并且可以沿着曲面附着，以产生各种触觉。
AIST 和 OMRON 专注于他们迄今为止开发的超薄 MEMS 的灵活性，通过将传统压电陶瓷超薄化，他们开发出了世界上最薄的触觉压电薄膜致动器，该致动器在保持响应速度和功率的同时具有灵活性（图 1）。
该压电薄膜致动器具有硅、金属电极薄膜、压电薄膜和绝缘膜的多层结构（图2）。当对压电薄膜施加直流电压时，整个致动器会弯曲，而当施加交流电压时，整个致动器会振动。表1比较了主要触觉执行器和新开发的压电薄膜执行器的特性。压电薄膜致动器的整个多层结构非常薄，仅为7μm，并且具有类似于铝箔的柔韧性，因此即使安装在薄膜基板上也可以沿着曲面粘贴。
表1 触觉执行器的特性比较
为了利用该压电薄膜致动器有效地传递振动并最大化振动位移，连接致动器和薄膜基板的振动传递材料的机械性能非常重要。这次，在设计这种振动传递材料时，我们建立了可以准确再现实验的高精度模拟条件。这使得可以适当地设定使振动位移最大化的振动传递材料的机械特性。根据模拟获得的结果，我们通过使用适当的振动传输材料将压电薄膜致动器安装在薄膜基板上来制造触觉薄膜。该触觉薄膜在10V的驱动电压下可以产生11μm的振动位移，远高于指尖1μm的感知阈值。
图2压电薄膜致动器的多层结构
此外，我们制作了一种触觉薄膜，其中四个压电薄膜致动器排列在薄膜基板上，并对指尖响应各种振动模式进行触觉识别测试。在此测试中，四个压电薄膜致动器以三种不同的模式振动，并计算每种模式的辨别率（图 3）。结果，模式A（上和下）的正确答案率为518％，模式B（开/关）的正确答案率为975％，模式C（左和右）的正确答案率为576％。此外，即使在弯曲状态下也可以呈现类似的触感。模式A和C的正确答案率较低，被认为是由于振动太强，导致上下左右差异的误解，似乎可以通过调整驱动电压来优化。这些结果表明，不仅可以通过改变施加到压电薄膜致动器的驱动电压的大小，而且还可以通过改变振动致动器的模式来改变给予皮肤的感觉。
图 3 使用带有压电薄膜执行器阵列的触觉膜的振动模式识别测试结果
未来，我们将创建具有更多压电薄膜致动器阵列的触觉薄膜，并旨在通过改变驱动电压强度和信号波形以及模式来实现各种触感。此外，我们还将开发用于触觉薄膜的高效振动传输封装技术，用于控制器和鼠标等人机界面设备。该设备可以安装在多种电子设备中，计划不仅用于游戏操作和计算机操作，还可以用于远程工作和娱乐领域。