釣竿効果の探求とマルチモーダル・インタラクティブ・タブレットへの応用

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H02855
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 熊澤 逸夫 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (70186469)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 誠 首都大学東京, システムデザイン研究科, 特任教授 (50114872)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 触覚 / ハプティック / ユーザーインターフェイス / 触覚情報提示装置 / 釣竿効果 / 共振 / 動的特性 / バーチャルリアリティ

Outline of Annual Research Achievements

加わる力が時間的に変化する際に釣竿効果が顕著に生じることが明らかになったので、動的特性も含め、以下の要因について、触覚情報提示デバイスの設計に必要な知覚特性を収集した。(1)指のどこにどのような方法で力を加えると釣竿効果は顕著に生じるか？ (2)刺激提示部を指でつまむ等で保持するときには、釣竿効果を感じやすい持ち方があるか？ (3)静的で変化しない力は感じなくなってしまうので、力を時間的に変化させる必要があるが、釣竿効果を最も強く生じる力の変化の速さや周期、力の変化幅はあるか？ (4)力は「竿」に相当する弾性のある樹脂板やゴム膜等を介在して指に伝えるが、釣竿効果を最も強く生じる「竿相当部材」の長さ、広さ、弾性係数、ヤング率はあるか？ (5)前述したように指の皮膚の変形量や筋肉の伸縮量が力の知覚に関わるが、釣竿効果には皮膚の変形の仕方や筋肉の伸縮がどのように(どのような割合で)影響を及ぼすか？ (6)上記の結果に個人差や体のコンディションによる違いがあるか？こうした心理学的要因に加えて、釣り竿効果に関与する物理的要因について以下の現象を実験的に検討した。
(1)釣竿がしなった際に蓄えられる「弾性エネルギー」が相乗的に作用して力を増強する。 (2)釣竿は長い「テコ」として機能して、先端に働く力が弱くても長い竿を用いると「力のモーメント」が大きくなるため、竿の根元近くを握る手に強い力が作用する。 (3)釣り上げる際に「加速度」が必要なため、加速度を生じるための力が相乗して働く。(4)釣竿の振動が「共鳴」して振れが大きくなることを強い力として感じる。平成29年度前半に分析した以上の知覚的、物理学的要因に基づき、後半には、釣竿効果を生成する装置を試作し、(a)指に触覚情報法を提示する小型装置と(b)体全体に揺れを感じさせる椅子型装置を完成した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

前半に行った知覚的、物理的要因の解明は順調に進み、釣竿効果に竿の共振現象と弾性エネルギーの蓄積と解放の動的特性が重要であることが明らかになった。この知見に基づき後半は釣竿効果で触覚情報を強調して提示する装置を試作した。指に触覚情報を提示する小型の装置と体全体を揺らす大型の椅子型装置の試作に着手したが、触覚情報を生成するための機構の基本設計が終わり、必要な部品を試作会社に発注し一部完成して組み立てに着手しているが、まだ完成しておらず、指に刺激を与える装置は指を速く動かしたときに追随して刺激を変えることができていない。また体全体を揺らす装置については機構を駆動するモータの速度と力が計画していた性能に至らず、駆動回路を修正しているところである。そのため年度末に予定していた国際会議(IEEE VR2018)での発表ができなかった。

Strategy for Future Research Activity

上述したように指に触覚情報を提示する小型の装置と体全体を揺らす大型の椅子型装置の試作が遅れており装置は未完のままである。体全体を揺らす装置については触覚情報を生成するための機構を見直して、機構を駆動するモータの速度と力を向上し、体の動きを検出するセンサと組み合わせて、体の動きと同期して力を加えることでアクティブに共振を生じて、釣竿効果によって揺れを増幅して、従来よりも小型消費電力の装置で体全体に強い揺れを感じさせるようにしたい。また手指に刺激を加える装置については、リニア送りねじ機構が遅く指の動きが速いときに追随できないため、モータ駆動の電圧を上げ、また指との距離を計測するTOFセンサに加えてモータの回転数を計測するロータリエンコーダを併せて使用することによって、指の素早い動きを正確に検出して遅延なく指に刺激を加えられるようにしたい。