触錯覚現象を用いた力覚バイアスによる動作教示

• Project/Area Number: 19J02096
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 61020:Human interface and interaction-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 中村 拓人 東京工業大学, 情報理工学院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: ハンガー反射 / 疑似力覚 / 触覚 / 力覚

Outline of Research at the Start

本研究では錯覚現象を用いた簡便な力覚提示装置を用いて，ユーザの身体各所に力覚によるバイアスをかけることで，運動教示を試みる．
触覚の錯覚現象であるハンガー反射は，頭部に針金ハンガーを装着すると思わず頭回してしまうほどの強力な回転方向の力覚を生起させる現象である．本現象は頭部だけでなく，手首，腰，足首など身体各所で確認されており，簡便な装置で再現可能である．
本研究ではこのハンガー反射現象を発生させるデバイスを身体各所に装着させ，ユーザの身体に力覚によって動かしやすい方向と動かしにくい方向を提示し，スポーツのフォーム修正へ応用する．ハンガー反射による力覚バイアスにより，ユーザを正しいフォームへ導く．

Outline of Annual Research Achievements

本年度は本課題における適用方向拡張の研究をおこなった．本課題では錯覚現象による力覚を提示して，スポーツ動作の誤った動きを抑制する方向に動かしにくくするバイアスかける．力覚によるバイアスを提示する方法として，ハンガー反射(皮膚の横ずれを特定の位置に提示すると力覚が生起する現象)という触覚の錯覚現象を用いている．本現象は頭部のヨー軸方向以外にも，ピッチ軸方向及びロール軸方向に発生することが知られていた．しかし，デバイスの装着状態が不安定であったため，本課題の応用対象であるスポーツに応用することは困難であった．そこで，本年度は非電源でピッチ軸方向にハンガー反射を安定的に提示するデバイスを開発した．ハンガー反射は皮膚の横ずれを利用しているため，開発したデバイスは額に上下方向の皮膚変形を発生させる．従来デバイスはバネ構造をヨー軸方向に配置したデバイスを用いていたが，今回のデバイスではピッチ軸(上下方向)にバネ構造を配置することでデバイス本体を装着した際に発生する弾性力方向をピッチ軸(上下)方向にすることを実現した．開発したデバイスによって，頭部をピッチ軸(頭部上下方向)に力覚を安定的に提示することができ，ゴルフスイング時に頭が上がりすぎてしまう姿勢の矯正などに応用できる．今後はデバイス使用の前後でのフォーム改善度などの調査を行っていく．また，頭部だけでなく，すでに手首・肘・膝などゴルフスイングに影響する部位でのハンガー反射提示デバイスも開発済みであるため，どれらを統合した練習方法の設計なども行っていく．

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Posture-based Golf Swing Instruction using Multi-modal Feedback (2022)
  • Author(s): Yuka Tanaka, Takuto Nakamura, Hideki Koike
  • Journal Title: Journal of Information Processing Volume: 30 Issue: 0 Pages: 107-117
  • DOI: 10.2197/ipsjjip.30.107
  • NAID: 130008159980
  • ISSN: 1882-6652
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SPinPong - Virtual Reality Table Tennis Skill Acquisition using Visual, Haptic and Temporal Cues (2021)
  • Author(s): Erwin Wu, Mitski Piekenbrock, Takuto Nakumura, Hideki Koike
  • Journal Title: IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics Volume: 27 Issue: 5 Pages: 2566-2576
  • DOI: 10.1109/tvcg.2021.3067761
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Hanger Reflex: An Inexpensive and Non-invasive Therapeutic Modality for Dystonia and Neurological Disorders (2020)
  • Author(s): Takashi ASAHI, Takuto NAKAMURA, Michi SATO, Yuki KON, Hiroyuki KAJIMOTO, Shuji SATO
  • Journal Title: Neurologia medico-chirurgica Volume: 60 Issue: 11 Pages: 525-530
  • DOI: 10.2176/nmc.ra.2020-0156
  • NAID: 130007939877
  • ISSN: 0470-8105, 1349-8029
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pilot feasibility study of a semi-automated three-dimensional scoring system for cervical dystonia (2019)
  • Author(s): T. Nakamura, S. Sekimoto, G. Oyama, Y. Shimo, N. Hattori, H. Kajimoto
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 14 Pages: 1-11
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] SkiSim: A comprehensive Study on Full Body Motion Capture and Real-TimeFeedback in VR Ski Training (2022)
  • Author(s): J. Hoffard, X. Zhang, E. Wu, T. Nakamura, H. Koike
  • Organizer: Augmented Humans 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 身体複数箇所へのハンガー反射同時提示装置 (2021)
  • Author(s): 中村，小池
  • Organizer: 第22回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SICE SI 2021)
• [Presentation] 偏加速度振動による力覚生起時の皮膚計測 (2021)
  • Author(s): 金子，中村，梶本
  • Organizer: 第26回日本バーチャルリアリティ学会大会
• [Presentation] PushToSki-An Indoor Ski Training System Using Haptic Feedback (2021)
  • Author(s): J. Hoffard, T. Nakamura, E. Wu, H. Koike
  • Organizer: ACM SIGGRAPH 2021 Poster
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Actuated Club: Modification of Golf-Club Posture with force feedback and motion prediction in VR environment (2020)
  • Author(s): Takuto Nakamura, Daichi Saito, Erwin Wu, Hideki Koike
  • Organizer: ACM SIGGRAPH 2020 Emerging Technologies
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 肘ハンガー反射：肘での皮膚せん断変形による力覚知覚 (2020)
  • Author(s): 中村拓人，今悠気，梶本裕之，小池英樹
  • Organizer: SICE SI 2020
• [Presentation] Golf Club-Type Device with Force Feedback for Modifying Club Posture (2020)
  • Author(s): T. Nakamura, H. Koike
  • Organizer: ACM CHI2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Actuated-Club:クラブ姿勢補正のための力覚フィードバック付きゴルフクラブ型デバイス (2020)
  • Author(s): 中村，小池
  • Organizer: インタラクション2020
• [Presentation] ハンガー反射への振動重畳による 力知覚増強現象の機序 -手首における偏加速度振動重畳による影響調査- (2019)
  • Author(s): 中村，梶本
  • Organizer: SICE SI 2019
• [Remarks] TakutoNakamura's Web
  • URL: https://sites.google.com/view/t-nakamura/