Development of a molecular visualization system with virtual reality and haptic technologies

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K11520
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 西 羽美 東北大学, 情報科学研究科, 准教授 (40745121)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: バーチャルリアリティ / ハプティクス / 分子ドッキング

Outline of Annual Research Achievements

現在の生命科学研究において、生体分子の立体構造の議論は避けて通ることができない。しかし、立体構造データを平面のディスプレイで観察するには多くの困難が伴うほか、分子ビューアをマウスとキーボードで操作するのは必ずしも直感的ではない。仮に（たとえばプラスティックの分子模型を手に取るように）任意の分子構造データを手に取ることができるシステムがあれば、立体構造を観察することで得られる情報は飛躍的に増大することが期待される。こうした現状を踏まえ、本研究では触覚技術と仮想現実技術を組み合わせた分子ビューアの開発を目的としている。本年度は昨年度に引き続き、力覚発生装置であるアラクノフォース社のSPIDAR-IIを用いることで、力覚を伴う分子ドッキングシステムの可能性を探った。具体的には、2台のSPIDAR-IIを導入することで、任意のタンパク質分子とリガンド低分子をそれぞれの手で把持し、距離に応じて静電相互作用による引力を生じさせるようなシステムを構築した。しかし、静電相互作用をそのまま距離の2乗で実装したケースでは実際に生じる力覚は非常に弱く、分子を十分に近づけなければほとんど感じることができないほどであった。また、両手による操作は片手の時に比べ分子操作の自由度が増すものの、長時間の利用の場合にかなりの疲労を生むことも分かった。適切なパラメータ調整により相互作用を人間の手が知覚できるようなレンジに収めること、および、自由度を担保しつつ疲労を軽減するような仕組みを導入することが今後の課題である。また、本年度の情報収集としては日本バーチャルリアリティ学会に参加した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

力覚の提示は可能となったが、それと同時に分子ドッキングとして実用可能なものにするにあたり考慮しなければならない点が判明し、本来想定していなかった試行錯誤が必要となったため。

Strategy for Future Research Activity

引き続き力覚提示デバイスを用いた分子ドッキングの実装を進め、力覚を伴った簡易分子シミュレーションへの開発へと応用する。

Causes of Carryover

元々の研究計画では、本年度は高価なハプティクスデバイスを購入する予定であったが、より安価なデバイスが初年度に利用可能となったため、その購入および導入を優先した。翌年度は、本来購入予定だったデバイスについても導入を検討する。