ArrayTac: Closed-loop Piezoelectric Tactile Platformを介した形状、剛性、摩擦の連続可変レンダリング

arXiv:2603.13829v2 Announce Type: replace-cross Abstract: 人間の触覚は形状、剛性、摩擦の統合に依存しますが、既存の触覚ディスプレイはこれら 3 つのサインを直感的な知覚のための連続的に調整可能で高精度な信号として同時にレンダリングすることができません。本稿では、4×4アクチュエータ配列上でこれら 3 次元を連続的に調整可能に同時にレンダリングする、閉ループ piezoelectric tactile display を提案します。各ユニットは 3 段マイクロレバー増幅器とエンドアクティブ Hall-effect フィードバックを統合しており、最大 5 mm の変位、500 Hz を超える配列リフレッシュレート、123 Hz の閉ループバンドウイッドを実現します。心理物理学の実験では、トレーニングを受けたい人々のみでなく、無知な参加者たちが触覚 alone で 3 次元形状を識別し、複数の剛性と摩擦レベルを区別することができました。さらに、RGB 画像からの image-to-touch レンダリングと、1,000 km を離れた場所に生体 Grade の乳房腫瘍ファントムをリモートパルペレーションを実証し、11 名全ての無知な参加者がサブセンチメートルの局所誤差で腫瘍番号とタイプを正しく識別しました。これらの結果は、ArrayTac が多次元ハプティックレンダリングと相互作用のためのプラットフォームである事確立しています。

arXiv:2603.13829v2 Announce Type: replace-cross Abstract: Human touch depends on the integration of shape, stiffness, and friction, yet existing tactile displays cannot render these cues together as continuously tunable, high-fidelity signals for intuitive perception. We present ArrayTac, a closed-loop piezoelectric tactile display that simultaneously renders these three dimensions with continuous tunability on a 4 by 4 actuator array. Each unit integrates a three-stage micro-lever amplifier with end-effector Hall-effect feedback, enabling up to 5 mm displacement, greater than 500 Hz array refresh, and 123 Hz closed-loop bandwidth. In psychophysical experiments, naive participants identified three-dimensional shapes and distinguished multiple stiffness and friction levels through touch alone without training. We further demonstrate image-to-touch rendering from an RGB image and remote palpation of a medical-grade breast tumor phantom over 1,000 km, in which all 11 naive participants correctly identified tumor number and type with sub-centimeter localization error. These results establish ArrayTac as a platform for multidimensional haptic rendering and interaction.