2017 Fiscal Year Research-status Report
Basic research on Air Media Thechnology
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17K00387
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| Research Institution | Institute of Technologists |
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Principal Investigator |
三井 実 ものつくり大学, 技能工芸学部, 准教授 (70535377)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野澤 昭雄 青山学院大学, 理工学部, 助手 (70348465)
石川 智治 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90343186)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 空気覚 / 空気流発生装置 / 主観評価実験 / 感応評価実験 / 冷感 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，空気を媒体とした全く新しい感覚「空気覚(air-sensation)」の創造と開発を目的とし，具体的には，空気流発生装置の機能を改善し，空気覚誘発物理場を測定する．次に，構築した物理場の特性と心理・生理的特性との関係を明らかにする．更に得られた心理－生理－物理の相互関係から，新感覚の空気覚を考慮した新感性モデルを構築する．最後に新感覚の空気覚を応用した情報伝達技術（新メディア，新コンテンツ，新医療など）の検討を行う．
その中で2017年度では，まず空気流発生装置の機能改善を行った．先行科研費プロジェクトにおいて，空気流発生装置の電気・音響変換部には複数個のダイナミックスピーカを用いた．ダイナミックスピーカは電流素子のため，多数の空気流発生装置を駆動させると，電力が必要となる．そこで電圧素子である圧電振動素子を用いて，電気音響変換ができないか検討した．さらに1振動当たりのストローク量を増加させるため圧電素子の組み込み方を工夫し，圧電素子への入力電圧をより高くするための増幅回路を開発し，改善前に比べて約2倍のストローク量を達成した．しかしながら，ダイナミックスピーカと同等のストロークまでは達していないため，今後も開発を進めていく．
次に3次元空間の空気流の場を測定するため，超音波センサを用いた簡単なシステムの試作を行った．
最後に，空気流発生装置を用いた感応評価実験では，空気流発生装置に2種類の信号を入力したときの空気流刺激と，一般的な扇風機による風を被験者に与え，感応評価を行った．同一の圧力エネルギーで比較をすると，空気流発生装置による空気流刺激は冷感を伴うことがわかった．このことより空気覚の応用研究への発展が期待できる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
圧電振動素子を用いた空気流発生装置を開発した．2017年7月にこの方式の特許（出願番号：特願2017-145273，名称：圧電振動体およびこれを用いた圧電スピーカ）を取得．さらに圧電素子の固定の仕方を工夫し，振動のストローク量を増加させることに成功．電圧が高ければ高いほど圧電素子はよく曲がるため，先行研究プロジェクトでは60[Vpp]程であった圧電素子への入力電圧を150[Vpp]とするための増幅回路を開発した．これらの改善により先行プロジェクトで圧電素子を用いたスピーカ方式に比べて約2倍のストローク量である±2㎜を達成した．しかしながら，ダイナミックスピーカと同等のストローク（±5㎜）までは達していないため，使用する圧電素子サイズや形などを検討しこれを超えたい．
次に3次元空間の空気場を測定するため，超音波センサを用いた簡単なシステムの試作を行った．超音波センサの送信器から正弦波信号を出力し，受信側の超音波センサでそれを受信する．この時，間に空気の流れがあると，送信信号と受信信号の間に差分信号が作成できる．いわゆるドップラー効果を用いた空気流の速度測定器を試作した．3対の送受信超音波センサを水平―鉛直―奥行方向の軸から45度回転させた軸上に設置し，3次元の空気場の動きを測定できるようにした．
最後に，空気流発生装置を用いた感応評価実験では，空気流発生装置に正弦波とステップ状の2種類の信号を入力したときの空気流刺激と，一般的な扇風機による風を被験者に与え感応評価を行った．刺激した部位は，手の甲，手のひら，頬，背中である．同条件で風速計および楽器用のマイクで測定を行った．同一の圧力エネルギーベースで比較すると，どの部位でも与えた空気流発生装置による空気流刺激は扇風機に比べて冷感を伴うことがわかった．この研究については発表1回，論文1本にまとめた．
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| Strategy for Future Research Activity |
空気流刺激装置の改善に関しては，電気音響変換部のより大きなストロークを得るため，改善策を実施する．まず圧電素子の配置を検討する．2枚の長方形圧電素子の短辺方向を接着し，両社に電圧をかけることでストロークを稼げる．また，圧電素子自体を，銀入りの導電性インクを用いることにより試作し，接着を必要としない方法を試みる．さらに増幅回路を見直し，200[Vpp]の電圧を与えられるように改善する．さらに空気流発生装置の発射角度（ロール．ピッチ，ヨー），位置などを制御できるような位置決め機構を導入する．そして入力信号の振幅やタイミングを制御する入力信号発生部も開発する．これらの改善により，ストローク量を増大し空気流発生装置の省エネ化したり，空気流を届ける空間位置や強さ，時間を制御できたりするようになり，発射空気流発生装置の機能改善を達成する．
空気場測定器の開発に関しては，送受信用超音波センサ対の数を増やし，空気場の変動を測定可能な空間範囲を広げていく．今後1m立方空間の空気場変動を測るシステムを検討する．
そして上記空気流発生装置と測定システムによって明らかになった空気場の特性と心理・生理的特性との関係を明らかにする．明らかした空気流の場の変化と，刺激を受けた被験者の心理・生理評価の結果を解析する．4次元制御が可能になった空気流発生装置を用いて新たに心理・生理評価を行う．
これらの事項を達成し空気覚の応用を検討する．具体的にはゲームや映画などのコンテンツに空気覚を応用した実験を行ったり，冷感を伴う空気流発生装置をエアコンディショナーの送風部に用いる応用を行ったり，省エネ化した空気流発生装置を植物工場に使用したりと，多数の応用例を検討中である．
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| Causes of Carryover |
圧電素子を用いた空気流発生装置の改善，3次元空気場測定システムの開発に時間がかかっているため．2018年度には，両者のこれらの開発に費用をかける．
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