2020 Fiscal Year Research-status Report
Personalization and recalibration of haptics interaction by deep learning in distributed collaborative training for skill transfer
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20K12113
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| Research Institution | The Open University of Japan |
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Principal Investigator |
浅井 紀久夫 放送大学, 教養学部, 教授 (90290874)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高野 邦彦 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 准教授 (10353260)
佐藤 誠 東京都立大学, システムデザイン研究科, 客員教授 (50114872)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 情報可視化 / インタフェース / 触力感覚 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
学習者が他者と体感的インタラクションを通して感覚情報を共有するための分散協調環境の構築を目指す。そのために、触力感覚を再現するインタフェースの高精度化および共有情報を提示するディスプレイの視覚的臨場性の向上を図る。
触力覚インタフェースでは、遠隔通信を通した感覚情報の交換に遅延が発生し、精度を著しく低下させる。そこで、筋電信号に基づいて手の動きを予測する仕組みを取り入れ、その遅延を緩和する方策をとる。このとき、予測精度を向上させるには、触力と筋電信号とを組にしたデータセットが大量に要求される。非固有特徴の学習を精度よく行うため、筋電信号に類似する既存データセットを用いるシステムを設計し、準備的な実装を試みた。
基本的な予測手法として畳み込みニューラルネットワークを採用しているが、これまでの研究から筋電センサを密に配置すると精度が向上することがわかっている。そこで、センサの数を増やし、従来と同じ入力形態で精度向上が見込めるか実験した。その結果、センサを増やす効果は、ネットワークへの入力形態にも影響を受けることが示唆された。
共有情報を視覚的に提示するディスプレイとして、三次元情報を立体表示するホログラフィを採用している。ホログラフィ再生での多重再生法において色再現性を向上させるため、特に短波長の光に対する特性を補完する。曲線要素を含む形状の再生に時分割多重再生法を適用し、その有効性について実験した。その結果、長波長において働く効果と同程度に短波長においても有用であることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、学習者が他者と感覚情報を共有するための分散協調環境の構築を目指している。そのために、触力覚インタフェースの高精度化とホログラフィ再生像による視覚的臨場性の向上を図る。本研究課題の中心的取り組みである触力覚インタフェースの高精度化では、非固有特徴の学習を精度よく行うために、筋電信号に類似する既存データセットを用いたシステムを設計したものの、実装は準備的な段階である。現在、新型コロナの影響によって、固有特徴を反映するデータの取得が困難となっており、研究に遅れが生じている。
一方で、畳み込みニューラルネットワークでは、筋電信号の入力形態がセンサの増加に伴う精度向上に対して影響を及ぼすことが示唆された。これは、むやみにセンサの数を増やせばよいというわけではなく、信号の入力形態が重要な要素である可能性が示されたという意味で、価値ある結果であると考えられる。また、視覚的臨場性の検討ではホログラフィ再生において短波長の光に対する特性を補完することにより多重再生法の色再現性を向上させる。曲線を含む形状のカラー再生の可能性を示しており順調と言える。
以上を総合的に見て「やや遅れている」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、触力覚インタフェースの高精度化とホログラフィ再生像による視覚的臨場性の向上を図っていく。感覚情報を共有するための分散協調環境の構築を目指すものの、システムの実装よりは要素技術の課題解決に重点を置く。触力覚インタフェースでは筋電信号から手指の動作および力の入れ具合の推定を高度化するため、その非固有特徴に基づいた個人化対応に取り組む。ただし、データ取得の困難はしばらく続くと予想されるため、少ないデータに基づく固有特徴で研究が遂行できるように研究計画を見直す。また、ホログラフィ再生では立体視ディスプレイとして分散協調環境への実装までは行わず、ホログラフィ再生像の再現性の向上に集中して研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
理由：当初、触力と筋電信号とを組にしたデータの取得を行い、固有特徴を反映するデータセットを構築する予定であったが、既存のデータに基づくデータセットを代替えとして利用した。また、調査研究や成果発表のための旅費を計上していたが、旅行を取り止めてオンライン上で実施した。以上により次年度使用額が生じた。
使用計画：今年度の結果に基づいて、触力覚インタフェースとホログラフィ再生像の研究を遂行する予定である。データの取得および旅行の実施は難しいかもしれないので、代替えの処置を講じる。以上、次年度使用額について適切に使用する予定である。
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