Human Perception and Behavior in Multiple Spatial Scales

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20J22897
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大伏 仙泰 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Keywords: インタラクション / マルチスケール / 人間拡張

Outline of Annual Research Achievements

人が肉眼で視認できないミクロ環境での細かな作業は、一般的にステージやマイクロマニピュレータに代表される装置が代替することで実現される。こうした装置は正確さにおいて人を上回る一方、操作性の観点からは使用者が自らの身体を自在に操り、身体動作と連動した感覚を得られることも重要である。そこで、本研究では身体機能の理解に基づき視覚・運動能力に対し介入を図り、ミクロ・マクロのスケールの差異に依存しない身体性を伴った移動および操作の実現を目的とする。今年度は昨年度に引き続き、視覚的な拡大率と人の巧緻さの関係を、実験を通じ測定するため、精度や信頼性の観点から、本研究では倒立型顕微鏡と工業用カメラを採用し、これらを組み合わせることで、ステージに搭載された物体表面上の高い空間分解能と広視野での位置追跡が実現された。予備実験の結果、ポインティングの効率と拡大率の関係は逆U字形に変化することが明らかとなった。すなわち、顕微鏡下の指先の移動は拡大倍率が高すぎても低すぎてもポインティングパフォーマンスは低下することが示唆された。今後は本実験を通じ、その傾向をより詳細に調査する予定である。また、今年度は微細作業の支援を目的に、ピンセットの先端部分を拡大する、ピンセット搭載型の小型拡大鏡を新たに開発した。この装置により、利用者は顕微鏡を覗くことなくピンセット作業が行えるようになる。今後は植物学者との共同研究を通じ、利用可能な拡大倍率や視覚提示の方法等について、検討を進めていく予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度は指先で操作可能な小型顕微鏡について、その設計指針のひとつである、人が操作可能な拡大倍率に関する知見を得るための予備実験を行った。精密な計測を可能にするため、倒立顕微鏡と工業用カメラから成る倒立顕微鏡を用いた実験系を構築・利用した。実験タスクでは顕微鏡下での探索を模したタスクを取り入れ、所要時間の計測を通じ人が操作可能な拡大率を明らかにすることを目的とした。予備実験の結果、拡大率が高すぎても低すぎてもポインティングの効率は低下することが明らかとなった。また、用いる指の本数は1本指より複数の指を用いたほうがポインティングの成績が向上することが明らかとなった。こうした結果は、人の指先の器用さの限界を示すとともに、指先で操作可能な指先大の小型顕微鏡の設計論に有益な知見を与えるものとなる。また、今年度は当初計画していなかった取り組みとして、新たにこれまでの研究を通じ開発された指先装着型の小型顕微鏡を応用し、ピンセットの先端部分を拡大する小型顕微鏡の開発を行った。本システムを用いることで、ピンセット作業の効率化が期待される。以上のことから、研究計画は概ね順調に進行していると評価できる。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の推進方策としては、第一に、予備実験の結果を検証するための本実験を行う必要がある。実験参加者数を増やすことで同様の傾向が得られるか確かめるとともに、個人間のパフォーマンスの差異にも注目する。ピンセット搭載型拡大鏡の開発においては、植物学者との共同開発を通じ、その効果を確かめる。その背景として、植物学者が抱える問題のひとつに、顕微鏡等の装置を清潔さが求められるクリーンベンチ内への持ち込みが装置の大きさや衛生上の理由で困難という問題がある。そこでピンセットに搭載可能な大きさへの小型化を通じ、クリーンベンチ内への持ち込みを容易にするとともに、最終的にはクリーンベンチ内での使用に耐えうる装置の開発を目指す。以上の研究開発を、ピンセットを用いた精密作業を日常的に行う植物学者と協働して行うことで、上記のニーズに応える装置の完成を目指す。また、実験を通じ、ユーザにとって最適な画面提示の方法や拡大率についても検証を行う予定である。さらに、実験で得られた知見はカッター等、植物学の実験に用いられる様々な器具の操作を支援するシステムの構築への応用を目指す。