2013 Fiscal Year Annual Research Report
実時間身体構造計測を基盤とした超高品位触覚呈示の実現
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25700020
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
梶本 裕之 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (80361541)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | バーチャルリアリティ / ユーザインタフェース / 電気刺激 / インピーダンス / 触覚 |
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| Research Abstract |
平成25年度は電気刺激による多点刺激で，インピーダンス依存制御による皮膚感覚の安定化を行った．従来から申請者はインピーダンスに依存した電流パルス幅の調整によって感覚安定化できることを見出していたが，同じ手法を従来よりもはるかに刺激点数の多い状況に対して適用し，手掌部全体に対する触覚呈示の安定化を実現した．一方でインピーダンス依存制御だけでは解決しない問題，例えば手掌部の拇指球付近は最も感覚を強く生じ，小指付け根付近の感覚が弱いというばらつきの問題を見出した．
こうした問題に対応するため，2つの戦略をとった．第一に圧力分布センサを用いて皮膚の押下力分布に応じた電気刺激を与える手法である．この手法は指先に対して一部実現されてきたものであるが，手掌部全体に行うことによって感覚の不快感が劇的に軽減されることが確認された．第二の戦略は，手掌部の接触する形状を画像と見立てたパターンマッチングにより手掌部と電極との位置を推定し，強く感覚を生じる傾向のある部分の触覚呈示を抑えるという手法である．この手法については今後も現実的な問題解決手法として進めていくが，現在のところ電極マトリクスに接した手掌部の指および関節の位置を特定することに成功している．
本研究課題では指先への皮膚感覚呈示とともに，深部刺激による筋刺激の安定化も目標としている．この目標に対する現実的な解決策としてあえて身体を水中に沈めて電気刺激することで電極－皮膚間のインピーダンスの時間変化を抑える手法を試みた．多電極対応の筋電気刺激装置を新たに開発し，前腕周囲に並べた8つの電極と前腕との間に水の存在する状況で触覚呈示が実現可能であることを確認した．今後インピーダンス計測によって水中での腕の位置を推定するとともに，腕の内部構造をインピーダンスCTの手法によって推定することを試みる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画では平成25年度は皮膚層状構造の推定を行う予定であった．しかし圧力分布センシングとの組み合わせによって比較的簡単に電気刺激の不快感を軽減できることが判明したため研究としてはそちらを優先した．ただし皮膚内部構造の推定は，筋刺激を安定的に行うための技術，および乾式電極で筋刺激を安定化するための技術として必要であることはかわりないため，今後行っていく予定である．一方で当初予定にはなかった水中電気刺激により，当初計画よりも早く筋電気刺激装置を構築することが出来た．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度は比較的実際的な問題解決として電気刺激を皮膚圧力分布に対応させる手法を提案した．この手法をさらに拡張し，電気刺激による自然な感触の再現に取り組む．例えば「柔らかい」感触などは電気刺激で実現できた例のないものであるが，皮膚の圧力分布にリアルタイムに対応した電気刺激を行うことによって実現できると考えている．
また皮膚インピーダンス計測技術を用いた感覚の安定化技術を確立する．まず発汗量と皮膚あつみに基づき各電極に流す刺激電流を制御する．皮膚厚については個人内でも指腹のように分厚い部分，関節のように薄い部分が存在するが，本制御によってこうした空間的分散，および発汗等による時間的な変動を抑える制御を実現する．この際，皮膚構造に基づくことで，受容器の種類を狙った刺激を高精度に行えると期待している．申請者は従来研究において，刺激電流の極性によって刺激される受容器の種類をある程度制御可能であることを見出しているが，これは神経軸索の走行の違いを用いたものである．今回の皮膚構造の可視化によって，所望の感覚神経の存在する可能性の高い部位を狙った刺激が可能となり，以ってこれまでにない高品位な皮膚感覚の実現につながると考えている．
さらに電気刺激による筋肉活動制御における現実的な課題である電極－皮膚間の状態制御に取り組む．従来から筋肉活動制御に用いる電極は大型であることもあり，電極－皮膚間の接触状況によって強い皮膚感覚を生じてしまうなどの問題が生じていた．このため通常ジェルを用いたいわゆる湿式電極を使うことが必須であったが，乾式電極での刺激の安定化が実現できると考えている．具体的には多数のサブ電極によって構成される大電極を作成し，その大電極によって筋肉刺激のみ行い，皮膚刺激をほぼ行わない制御を行う．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
電気刺激装置の設計が遅れ電子部品の発注が間に合わなかったため
3月の段階で設計は終了し，年度の早い段階で発注を行う予定である．
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Research Products
(7 results)
