摩擦と視覚刺激がもたらす疑似触覚の生起とその感覚応答からの心地よさの認知

Research Project

Project/Area Number	23K22658
Project/Area Number (Other)	22H01387 (2022-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2022-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	青木才子東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (30463053)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	葭田貴子東京工業大学, 工学院, 准教授 (80454148)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000) Fiscal Year 2024: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000) Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000) Fiscal Year 2022: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Keywords	トライボロジー / 指の摩擦 / 疑似触覚 / 生体信号計測 / 感性評価 / 感性工学
Outline of Research at the Start	2022～2023年度は，タブレット端末を利用して指のタッチスクリーン操作における映像刺激を付与するデバイスとそれを組み込んだ指の摩擦測定装置の試作，心理測定や脳波等生体信号測定など心理生理学的計測を導入し摩擦測定との同期を行う．最終年度の2024年度では，疑似触覚の強度を変更することにより，疑似触覚の生起プロセスの差異が実感覚の発現に及ぼす影響を調査する．全期間を通して得られた結果より，実感覚から心地よさへの変化の基準となる閾値を明らかにして，心地よさの実感覚を定量的に表現する指標について提案する．
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，視覚刺激による擬似触覚体験下において指のすべり動作で生じる摩擦とその力学的応答を計測し実感覚を定量的に評価すると同時に，心理学・生理学的計測により心地よさを質的・量的に表現し摩擦測定と同期させることにより，実感覚から心地よさが派生するためのしきい値を取得して心地よさを定量化することを目的とする．本研究を①映像刺激による擬似触覚体験下における指の摩擦とその力学的応答の評価，②指の摩擦に起因する実感覚の心理生理学的評価，③実感覚から心地よさが派生するためのしきい値条件の最適化に分類して，それぞれ並行して進めていく． 2022～2023年度はタブレット端末を利用して指のタッチスクリーン操作における映像刺激と摩擦刺激による擬似触覚試験を行う．初年度の2022年度は次年度以降の本格的データ収集に向けた予備実験と位置付け，映像刺激を付与するデバイスとそれを組み込んだ指の摩擦測定装置の試作，心理測定や脳波等生体信号測定など心理生理学的計測の導入などを行う． ①について，Windowsタブレット端末を用いて映像刺激を付与するソフトウェアを試作した．基本構成として，画面上のカーソルを指で操作するとき，カーソルに時間遅れなど指の操作に従わない動きをランダムに発生させる．このタブレットを3成分力センサで構成された自作の平板型摩擦測定装置に組み込み，指でカーソルを操作する際の摩擦力や荷重の測定を試みる．②について，心地よさを客観的に評価する方法を検討する．具体的には，映像刺激による擬似触覚を生起させない条件において，分子膜やテクスチャなどで修飾したガラス基板を用いて指のすべり摩擦測定を実施し，そこに心理学的調査と脳波計測を導入し同時計測する方法を確立する．③について，摩擦と心理生理状態の同時計測の試行により得られた各データをフィードバックし，最適な測定環境や解析手法の構築を実施する．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 初年度の2022年度は，次年度以降の本格的データ収集に向けた予備実験と位置付け，映像刺激を付与するデバイスとそれを組み込んだ指の摩擦測定装置の試作，心理測定や脳波等生体信号測定など心理生理学的計測の導入を行った． Windowsタブレット端末を用いて映像刺激を付与するソフトウェアを試作した．C++言語とDirectX11によりプログラミングして，●形状のカーソルを指で操作する際にカーソルに時間遅れなど指の操作に従わない動きをランダムに発生させるソフトウェアを開発した．また，自作の平板型摩擦測定装置にタブレット端末を設置し，映像による視覚刺激体験下において指の摩擦測定を実施することが可能となった．次年度以降では，疑似触覚が生起された状態での摩擦測定を実施すると同時に，指先の動作計測や生体信号計測なども実施し，疑似触覚で誘発される力学的応答の洗い出しを試みる．既存の平板型3分力計を使用した摩擦測定装置により，化学構造が異なる種々の分子膜をそれぞれ被覆させることによりせん断強さが異なる数種類のガラス表面を作製して，指の摩擦測定と触感試験を実施し，心地よさの客観的評価に向けた検討を行った．分子膜の化学構造や指の乾湿状態により摩擦特性や触感評価が異なることがわかった．この原因追求のため，指の接触状態を観察する装置を試作し，界面や指の乾湿状態が指の接触・凝着に及ぼす影響を解明することを今後検討していく．また，初年度に引き続き，筋電位や脳波などの生体計測を同時計測する方法を検討していく．個人差によるデータのばらつきの影響が顕著に現れることが経験的に明らかであり，個人差によるばらつきが顕在化してもデータ解析が可能になるように，機械学習等を利用した解析手法の構築，研究対象者が集中して実験に取り組むことができる環境の最適化についても検討を行った．以上から，本研究は概ね順調に進展していると言える．
Strategy for Future Research Activity	2023年度は，初年度に引き続き，タブレット端末を利用して指のタッチスクリーン操作における映像刺激と摩擦刺激による擬似触覚試験を行うことを目的とする． ①について，初年度に開発された映像刺激ソフトウェアを搭載したタブレット端末を用いて，指のすべり動作における摩擦測定を行い，疑似触覚が摩擦力や押付け荷重などに及ぼす影響を明らかにする．同時に，筋電位センサ等による指先の動作計測によるデータ収集も実施して，疑似触覚で誘発される力学的応答の洗い出しを試みる．各計測値からデータ間の相関や映像刺激の制御パラメータとの相関を数値化し，疑似触覚と力学的応答の関係を明らかにする． ②について，初年度に引き続き，心地よさを客観的に評価する方法を検討する．初年度は，映像刺激による擬似触覚を生起させない条件において，界面のせん断強さや指の乾湿状態が指の摩擦と触知覚に与える影響を調査し，心地よさの客観的評価方法を検討した．その際に得られた課題として，指の凝着との関連性を明らかにするため，指の接触状態の観察を可能とするデバイスの開発に取り組む．また，初年度に引き続き，心地よさを生み出す中枢（脳）の生理状態を脳波計測により解析する方法を模索する．タブレット端末を利用した映像刺激により疑似触覚を生起させる条件下で指の摩擦測定を実施し，そこに心理学的調査と脳波計測を導入し同時計測する方法を探索する． ③について，摩擦測定，指の動作測定，生体計測などの複数のデータ計測を同時に行う際に，各データの解析手法を確立する．回帰解析や機械学習を応用して，得られたデータの関係性や特徴量の予測を試みる．得られた結果をフィードバックして最適な測定環境や解析手法を構築する．また，個人差によるばらつきを加味した解析モデルの選定や評価方法の探索を実施するとともに，測定データの精度向上に向けて各測定における改善点を抽出する．