2020 Fiscal Year Research-status Report

Development of an olfactory display using piezoelectric devices

Research Project

Project/Area Number	19K12072
Research Institution	Kanagawa Institute of Technology
Principal Investigator	坂内祐一神奈川工科大学, 情報学部, 客員研究員 (70622124)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	服部元史神奈川工科大学, 情報学部, 教授 (00252792)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	嗅覚ディスプレイ / 圧電素子 / 流体シミュレーション / ウェアラブル / 閾値 / 心理物理実験
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、プリンタのインクジェットエンジンを利用した嗅覚ディスプレイの問題点である複雑な機構とメインテナンスの困難さの解決を図るべく、より単純なメカニズムである圧電素子を用いた液滴射出エンジンの嗅覚ディスプレイを開発することを目的としている。初年度、多数の微細な孔を開けた直径約1センチの圧電素子を用いて、香料タンクと一体化させた圧電素子エンジンを試作し、圧電素子の振動によりタンク内の香料が微細な液滴となって均一に射出できることを確認した。また射出エンジンを搭載した嗅覚ディスプレイ筐体を設計・試作し、複数の香料について被験者による香りの検知閾値を求める主観評価実験を行い、従来の嗅覚ディスプレイとほぼ同様の結果が得られた。また試作機の香気流を調べるために粒子法によるシミュレーションを行った結果、対流や香気流の偏りにより香気が一様に分布しない問題点が明らかになったため、2年度はディスプレイ筐体の形状を変更・再設計し試作機を完成させた。この試作機は卓上に設置して嗅覚の閾値を測定する心理物理実験に用いることを前提としているが、バーチャルリアリティ（VR）で映像に同期させて香り提示を行うことを想定したウェアラブル型の嗅覚ディスプレイの設計にも取り組んだ。ウェアラブル型では筐体を小型化する必要があるため、射出エンジンのタンクやファンなど部品の小型化を行い、ヘッドマウントディスプレイ（HMD）と同時に装着できるような試作機を開発した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ①圧電素子を用いた香料射出エンジン：圧電素子を用いた香気射出エンジンの基本性能が確認できており、今後利用していく香料ごとに特性を測定し調整することでさまざまな香りを射出できる可能性が示唆された。 ②嗅覚ディスプレイ筐体設計：これまでに開発した試作機を用いて主観評価実験を行ってきており、今後実験データを収集して従来機との実験結果の比較を行うことで、試作機の代替可能性を示していく。 ③香気流シミュレーション：試作機の3Dモデルを用いた粒子法に基づく香気流のシミュレーション技術を確立し、ディスプレイ筐体設計にシミュレーション結果をフィードバックすることが可能となった。 ④ウェアラブル嗅覚ディスプレイの設計：これまで試作してきた卓上型のディスプレイに加えて、ユーザが装着して利用できるモバイル型のディスプレイの試作を行った。ヘッドマウントディスプレイ（HMD）と同時に利用可能なため、バーチャルリアリティ（VR）でも利用可能である。 ⑤ソフトウェアの開発：卓上型ディスプレイは、嗅覚の閾値測定など心理物理実験で用いることを想定しているためPCのGUIによるソフトで駆動していたが、バーチャルリアリティでの利用のために、VRアプリケーションプログラムから利用できるライブラリの開発を行った。
Strategy for Future Research Activity	①香料射出ユニット：さまざまな香料についての射出特性を調べる実験を行い、香料特性の違いによる香料の射出挙動を調べる。 ②嗅覚ディスプレイの設計：最終年度となる今年度は、以下の２つのタイプの嗅覚ディスプレイ試作機の完成を目指す。(1)卓上型：嗅覚閾値などを計測する心理物理実験の利用を想定し、従来機との性能比較を行って代替利用できることを確認する。(2)ウェアラブル型：バーチャルリアリティ（VR）などでの利用を想定し、基本性能の確認とユーザビリティを考慮したデザインの新たな試作機を製作する。 ③香気シミュレーション：卓上型およびウェアラブル型の試作機の3Dモデルを用いて香気流の挙動解析を行い、試作機の設計にフィードバックさせる。 ④ソフトウェアの開発：心理物理実験やバーチャルリアリティなど幅広い分野で使用できるようなライブラリを充実させる。
Causes of Carryover	コロナウィルスのため、評価実験の被験者が当初予定を大幅に下回ったこと、および試作機の筐体製作に用いる3Ｄプリンタの購入を予定していたが、発注が４月以降となったことによる。