2015 Fiscal Year Annual Research Report
静電触力覚技術を応用した画面上でのマルチタッチ複合触感提示
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14J09272
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中村 琢 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | パッシブ型力覚提示 / 硬軟感提示 / 静電吸着 / ビルトインセンサ / テーブルトップインタラクション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では静電吸着を利用した画面上でのマルチユーザ静電力覚提示システムの研究開発を行ってきた．今年度における本研究の主な成果は，静電吸着を用いた小型硬軟感提示機構の力覚提示システムへの統合と，ビルトインセンサを用いた提示力推定および制御の実現である．これらの実現により，本研究課題で目的とする，画面上での多様な触感提示を実現する基本的な構成・手法が確立したといえる．以下，各成果の概要を述べる．
【小型硬軟感提示機構の力覚提示システムへの統合】前年度において，操作者の押込み力を利用して，指を包み込むようにパッシブに変形する機構と静電吸着ブレーキにより，多様な硬軟感提示を可能とする機構を提案した．今年度は，この機構を改良し，硬軟感制御用の静電ブレーキと力覚提示制御用の静電ブレーキを，共通の電極構造により実現することで，二種類の触感提示を同一機構で行えるシステムを実現した．従来と同様に，静電吸着によるブレーキ力を制御することで，水平方向なぞり動作に対する反力提示と，垂直方向押込み動作に対する硬軟感提示とを，それぞれ制御可能であることを実証した．
【ビルトインセンサを用いた提示力推定および提示力制御】前年度において，表面型静電容量式センシング技術を援用した，本力覚提示システムに統合可能なビルトインセンサシステムを実現した．今年度は，これを用いて，静電吸着を用いた提示力の推定手法について考察し，電極の表面状態に応じて変動し得る提示力を十分な精度でモニタリングできること，また，推定した提示力を用いたフィードバック制御により比較的高精度に所望の力を提示できることを示した．さらに，センサ構造を改変して操作者の入力方向を推定できるようにすることで，パッシブ型力覚提示に特有の「粘る壁」問題をある程度解消することができることを実証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では，静電触力覚提示技術を応用し，大画面上に映像と同期した多様な触感提示を可能とするマルチタッチ複合触感提示を実現することを目的としている．今年度の進捗として，静電吸着を用いた小型硬軟感提示機構と力覚提示の統合，ビルトインセンサを用いた提示力推定および制御を実現した．当初の年次計画であった硬軟感提示と静電力覚提示の統合を実現し，また，完全な理論構築には至っていないものの，静電吸着およびパッシブ型力覚提示手法の理論構築に必要なセンサ技術を確立し，本研究の目的に対して順調に進展しているといえる．
とくに，ビルトインセンサシステムによる提示力推定および制御においては，静電吸着現象における電極の機械応答による不安定性という新たな問題を明らかにした上で，推定値を用いたフィードバック制御という解決策を与えており，静電力覚提示のみならず静電吸着技術単体として非常に興味深い結果を得られている．また，改良センサにおいては，当初の計画にあった，ブレーキ力を用いたパッシブ型力覚提示に固有の問題である「粘る壁」問題をある程度解消できることを実証した一方，完全に解消するには至らず，今後のパッシブ型触力覚提示理論を構築する上での重要な要素技術および知見を得ることができた．
また，小型硬軟感提示機構と力覚提示の統合においては，押込み動作に対する硬軟感提示となぞり動作に対する反力提示といった二種類の提示を，画面上に配置できるほど小型の提示子で実現したという点で画期的である一方，（関連研究を含め）同時提示はいまだ実現できていないという新たな課題を提起しており，提示技術を確立するうえで重要な知見を得た．
以上のように，今年度の達成内容は，静電触力覚提示の理論構築の基盤となる重要な示唆に富み，今後の研究推進を大いに助けると期待されるものである．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として，静電吸着を用いた触力覚提示技術の理論構築，および，応用性の高い無線給電を用いた提示システムの検討の２つの課題が挙げられる．以下，各課題の概要を述べる．
【静電吸着を用いた触力覚提示技術の理論構築】今年度に達成した硬軟感と力覚の統合提示機構およびビルトインセンサシステムによる提示力推定・制御はそれぞれ，硬軟感と力覚の同時提示における課題，「粘る壁」問題の完全解決における課題を提起している．これらの課題に対する考察および実証実験を通して，静電吸着を用いた触力覚提示技術の理論構築を進めていく．具体的には，静電吸着現象そのもののモデル化の検討とブレーキ力を用いたパッシブ型力覚提示に共通する提示アルゴリズムの検討の二つの課題に分けて，理論構築を進めていく．
【無線給電を用いた提示システムの検討】本システムは現状，電圧源に有線で接続された小型提示子を画面上に多数配置するという構成を取っている．今後，画面上での自由なインタラクションを想定すると，現状の有線システムは操作性に課題がある．この課題を解決すべく，静電容量型無線給電技術を応用して，ワイヤレスでこれまでの触力覚提示を実現する手法を検討していく．これまでの画面上非分割電極に電圧を印加し，提示子電極を分割して共振用コイルで接続し受信用電極とすることで，位置自由度が高く画面全体で提示子の自由な動作が可能な無線給電が実現できる可能性がある．この際，印加電圧の周波数により，消費電力と共振用コイルのサイズがトレードオフの関係となり，妥当な解が見つかるかが課題となると予想される．この手法の他にも，小型電池の組み込みなど複数のワイヤレス化手法を検討し，応用性の高いシステムの実現を目指していく．
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Research Products
(4 results)
