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触感インタフェース
〜物体の手触りを再現提示する技術〜


近年,物体の手触り(=触感)を再現提示する技術に注目が集まっており,様々な触感提示デバイスの研究開発が行われるようになってきました.触感をリアルに再現提示するインタフェースが実現されれば,ゲームなどで仮想世界の物体に触れてその感触を得ることができる,ロボットなどの遠隔操作において操作臨場感が向上する,あるいは,遠隔医療における触診が可能になるなど,様々な応用が拓けてくるものと期待できます.

残念ながら,現時点では,様々な物体の触感をリアルに再現提示することは,まだまだ困難です.触感には様々な構成要素があるため,将来的にリアルな触感提示を実現するには,個別の触感要素に関して提示技術の研究を進め,その上で,それらを高度に融合させていくことが必要であると考えられます.

そこで本研究室では,将来的な融合を視野に入れつつ,触感を構成する個々の要素に対する感覚提示技術の研究を進めています.具体的には,凹凸感・粗滑感を再現する技術,温度感を再現する技術,粘着感を再現する技術,硬軟感を再現する技術,さらには,それらの組み合わせにより複雑な触感を生成する手法などについて研究を進めています.


左の写真は,「つるつる/ざらざら」という凹凸感・粗滑感の再現提示をめざして開発した「静電触感ディスプレイ」です.この装置は多数の電極が埋め込まれた提示フィールドと,その上にのせた薄膜状の刺激提示部が主な構成要素です.提示フィールドの電極に様々な電圧パターンを印加しつつ,刺激提示部に指をのせて左右に動かすと,静電気力による摩擦振動が発生し,様々な凹凸感・粗滑感を指先に知覚させることができます.

上述のような凹凸テクスチャ感を再現する装置は,多くの研究グループにより様々なタイプが研究・開発されています.その中でも静電触感ディスプレイは,構造がきわめて簡易であることを特徴としています.その簡易さゆえに,他の提示デバイスとの統合も容易です.例えば,右の写真は,タッチパネル付液晶ディスプレイと,静電触感ディスプレイを統合した例です.液晶ディスプレイ上に表示した模様を,視覚と触覚の両方で知覚することができます.

一方,左図は,物体の温度感を再現する装置です.良く知られているように,物体はそれぞれ固有の熱特性を持っているため,たとえ同じ温度にあっても,触ったときの温度感は異なります.例えば室温下にある金属と木材を触り比べると,両者は同じ温度であるにも関わらず,明らかに金属の方が冷たく感じられるはずです.このような物体の温度特性をシミュレートし,接触時の温度感を正確に再現すると,物体の素材感を演出することができます.本研究室では,左図のような装置を使って,より効果的な温度レンダリング手法などに関する研究を行っています.

このほかにも,硬軟感や粘着感など様々な触感に関する研究を行っています.例えば右図は,粘着面に触れた際の指先の接触面積変化を測定した例です.こうして測定した面積変化を定式化し,それをデバイス上で再現することで,リアルな粘着感を再現提示することが可能になります.


現在,複数の触感要素を組み合わせるような試みも進めていますが,これまでのところは,上述のような個別触感要素の再現提示が研究の中心です.将来的には,これらの基礎技術を巧に融合して,多種多様な触感提示を(映像で言えならフルカラーの提示を)実現していきたいと考えています.


主な関連発表文献:

【凹凸感】

  • 「薄型静電アクチュエータを用いた皮膚感覚ディスプレイの開発」,電気学会論文誌E,122 (10),pp. 474-479 (2002/10)
  • 「摩擦力制御を用いた静電皮膚感覚ディスプレイ」,計測自動制御学会論文集,40 (11),pp. 1132-1139 (2004/11)
【遠隔触感提示】
  • "Electrostatic Tactile Display with Thin Film Slider and Its Application to Tactile Tele-Presentation Systems", IEEE Transactions on Visualization & Computer Graphics, 12 (2), pp. 168-177 (2006/3)
  • "Tactile Telepresence System using PVDF Sensors and Electrostatic Stimulator", Proceedings of 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2005), pp. 1103-1108 (2005/8)
【柔らかさ感提示】
  • "Producing Softness Sensation on an Electrostatic Texture Display for Rendering Diverse Tactile Feelings", Proceedings of World Haptics 2007, pp. 584-585 (2007/3)
【温度触感】
  • "Thermal Tactile Presentation Based on Prediction of Contact Temperature", Journal of Robotics and Mechatronics, 18 (3), pp. 226-234 (2006/6)
  • "Control of Thermal Tactile Display Based on Prediction of Contact Temperature", Proceedings of 2004 IEEE International Conference on Robotics & Automation (ICRA 2004), pp. 1536-1541 (2004/4)
【粘着感】
  • "Basic Analysis of Stickiness Sensation for Tactile Displays", Proceedings of 6th International Conference, EuroHaptics 2008, pp. 427-436 (2008/6, Madrid, Spain)
  • 「粘着感提示に関する基礎的検討」, 日本バーチャルリアリティ学会第12回大会論文集,pp. 135-138 (2007/9)
【濡れ感・湿り感】
  • 「濡れ感提示ディスプレイの試作」, 日本バーチャルリアリティ学会第13回大会論文集, pp. 481-482 (2008/9)


関連の学術表彰:

  • 計測自動制御学会SI部門,奨励賞
  • 2004年度精密工学会春季大会学生会員卒業研究発表講演会,優秀講演賞
  • 第9回日本バーチャルリアリティ学会大会,学術奨励賞


本研究は,NEDO産業技術研究助成事業(No. 00A17002a),科学研究費補助金・若手研究B(No. 17700094),若手研究A(No. 20680005)の助成などにより行われました.