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複数の質感を複合的に
提示可能な触覚提示デバイス
関西大学
○田中瑠彗 松下光範
非言語情報
 表情やジェスチャなど知覚していても言葉にしない情報
 コミュニケーションの際に用いている情報の65%以上 *1
*1:Knapp, M. L., Hall, J. A. and Horgan, T. G.: Nonverbal Communication in Human Interaction, Cengage Learning (2013).
背景
1/23
例えば
コロナ禍でのマスク着用の影響
リモートワークでのカメラオフ
相手の表情や反応が見れず不安
 視覚障碍者は相手の表情などの非言語情報を認識することが困難
コミュニケーションに苦労
*1
*1:Qiu, S., Hu, J. and Rauterberg, M.: Nonverbal Signals for Face-to-Face Communication between the Blind and the Sighted,
In Proceedings of Inter- national Conference on Enabling Access for Per- sons with Visual Impairment (2015).
様々な表情を視覚障碍者に提示することを目指す
問題
2/23
表情情報の
読み取り
表情を刺激に
変換
(表情→触覚)
触覚刺激提示
刺激を知覚
表情想起
(触覚→表情)
表情の提示手法
触覚刺激:感性的な意味合いを持ち,感情表現に適している
*1:Yoo, Y., Yoo, T., Kong, J. and Choi, S.: Emotional responses of tactile icons: Effects of amplitude, frequency,duration, and envelope,
2015 IEEE World Haptics Conference, pp. 235–240 (2015).
*2: Wilson, G., Dobrev, D. and A.Brewster, S.: Hot Underthe Collar: Mapping Thermal Feedback to DimensionalModels of Emotion, CHI ’16:
Proceedings of the 2016 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems, pp. 4838–4849 (2016).
*1*2
3/23
4/23
• 元気,心配,怒りなどの感情を想起可能
温度刺激
 満足,不満,心配などの感情を想起可能
振動刺激
直感的(+)
先行研究
*1:Yoo, Y., Yoo, T., Kong, J. and Choi, S.: Emotional responses of tactile icons: Effects of amplitude, frequency,duration, and envelope,
2015 IEEE World Haptics Conference, pp. 235–240 (2015).
*2: Wilson, G., Dobrev, D. and A.Brewster, S.: Hot Underthe Collar: Mapping Thermal Feedback to DimensionalModels of Emotion, CHI ’16:
Proceedings of the 2016 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems, pp. 4838–4849 (2016).
*1
*2
温かさ,硬さ,粗さなど複数の質感をパラメータとし
それらを複合的に提示することで様々な触覚刺激
1.直感的 2.表情を幅広く表現
温度刺激や振動刺激などは表現可能な触覚刺激が限定
一定の表情しか表現できない(ー)
適切な提示手法
5/23
*1
*1:樋口友梨穂,松下光範:共感覚的比喩を用いた触感と表情の対応性に関する一検討,電子情報通信学会技術研究報告,Vol. 121, No. 143, pp. 7–12 (2021).
表情情報の
読み取り
表情を刺激に
変換
(表情→触覚)
触覚刺激提示
刺激を知覚
表情想起
(触覚→表情)
視覚障碍者に対して
様々な触覚刺激を用いて,幅広い表情を伝達すること
提示手法の確立
本研究の目的
6/23
硬軟感提示機構
(ディスプレイ)
粗滑・平凸感
提示機構(布)
温冷感提示機構
(ペルチェ素子)
触覚提示部
(指)
システム外観
提案デバイスの全体像
7/23
 質感(人がものに触れたとき感じるパラメータの数)
1.温冷感 2.硬軟感 3.摩擦感(乾湿) 4.粗滑感 5.平凸感
提示する触覚刺激
8/23
*1:岡本正吾, 永野光,山田陽滋: 触覚的テクスチャの材質感次元構成に関する研究動向,日本バーチャルリアリ ティ学会大会論文集,Vol. 16, No. 3, pp. 343–353 (2011).
*2:Ekman, G., Hosman, J. and Lindstrom, B.: Roughness, smoothness, and preference: A study of quantitative
relations in individual subjects, Journal of Experimental Psychology , Vol. 70, No. 1, p. 18 26
温 冷
硬 柔
粗 滑
平 凸
*1
 質感(人がものに触れたとき感じるパラメータの数)
1.温冷感 2.硬軟感 3.摩擦感(乾湿) 4.粗滑感 5.平凸感
本研究は温冷感,硬軟感,粗滑感,平凸感の度合い調節可能な
触覚提示デバイスの実現を目指す
温 冷
硬 柔
粗 滑
平 凸
提示する触覚刺激
8/23
独立したパラメータとして
提示することは困難 *2
*1:岡本正吾, 永野光,山田陽滋: 触覚的テクスチャの材質感次元構成に関する研究動向,日本バーチャルリアリ ティ学会大会論文集,Vol. 16, No. 3, pp. 343–353 (2011).
*2:Ekman, G., Hosman, J. and Lindstrom, B.: Roughness, smoothness, and preference: A study of quantitative
relations in individual subjects, Journal of Experimental Psychology , Vol. 70, No. 1, p. 18 26
*1
3つの機構から構成
1. 温冷感提示機構
2. 硬軟感提示機構
3. 粗滑・平凸感提示機構
触覚デバイス構成図
硬軟感提示機構
(ディスプレイ)
粗滑・平凸感
提示機構(布)
温冷感提示機構
(ペルチェ素子)
触覚提示部
(指)
デバイスの構成
9/23
 木の箱の中を発泡ポリエチレンビーズで満たし,ゴムシートで密閉
→空気圧を制御することで,硬軟感を動的に変化(度合いの調整)
発泡
ポリエチレン
ビーズ
ゴムシート(触覚提示部分)
硬軟感提示機構
10/23
空気圧を下げると
硬い
空気圧を上げると
柔らかい
 布を4種類用意し,縫い合わせて一つの布に
→サーボモータで布を巻き取ることで,布の入れ替え(度合いの調整✖️)
粗 滑 平 凸
布1 ○ ○
布2 ○ ○
布3 ○ ○
布4 ○ ○
システム外観
粗滑・平凸感提示機構
11/23
 ペルチェ素子を用いた動的な温冷感提示(度合いの調整)
 → 硬く,分厚いため,他の機構に組み込むことは困難
温冷感提示機構
12/23
サーマルリファレル現象(錯触覚)
温 温
物体
物体が温かく感じる
冷 冷
物体
物体が冷たく感じる
デバイスが
意図した触覚刺激を適切に提示可能
であるかを検証
13/23
対象:大学生20名
刺激:1つの質感あたり2水準の組み合わせ(計16種類)
手順:ランダムに提示された触覚刺激を知覚し,評価アンケート
デバイスを見ない
実験手続き
「1: あたたかい–5: つめたい」 「1: やわらかい–5: かたい」
「1: あらい–5: なめらか」 「1: 平らである–5: 凹凸がある」
「1: 乾いている–5: 湿っている」
評価項目(質感5項目 ✖️ 5段階)
14/23
デバイスが提示した質感とユーザ評価の質感が一致した割合を算出
質感 評価一致率
温冷感 90.0%(温99.3%,冷80.6%)
硬軟感 83.8%(硬85.0%,柔82.5%)
粗滑感 90.0%(滑88.8%,粗91.3%)
平凸感 93.1%(平89.4%,凸96.9%)
結果
複数の質感の複合的提示において
全ての質感パラメータが高い精度で提示可能
15/23
16/23
評価一致率の低い
硬軟感と冷たさについて考察
硬軟感における問題点
17/23
1.柔らかい
5.硬い
前半10名 後半10名
硬 4.4 3.9
柔 1.7 2.0
硬軟感に対する評価平均値
 硬軟感提示機構の発泡ポリエチレンビーズ
→実験回数を重ねるごとに圧縮され,小さくなる
実験前
ビーズ
減圧
ビーズ
実験後
ビーズ
(一粒)
機構全体
硬軟感における問題点
18/23
ペルチェ素子には
放熱のためのヒートシンク
ペルチェ素子
ヒートシンク
冷たさ提示時
素子裏面は発熱
熱
放熱
ヒートシンクの
放熱性能が足りない
場合
熱
放熱
熱が溜まっていき
十分な冷たさを
提示できなくなる
冷たさ提示における問題点
19/23
通常 ヒートシンクに
熱が溜まっている状態
通常の温度に
戻すには
30分放置
10分冷たさ
提示
約20℃ 約45℃
約10℃ 約25℃
冷たさ提示における問題点
20/23
室温20℃
 粗滑感との関連
 粗滑感と乾湿感の相関係数0.51
提示していない乾湿感について
21/23
粗さの提示が乾湿の知覚に影響を及ぼしている
粗さ提示 滑らか提示
81.3% 32.5%
乾いていると回答した割合
表情情報の
読み取り
表情を刺激に
変換
(表情→触覚)
触覚刺激提示
刺激を知覚
表情想起
(触覚→表情)
表情伝達に必要な要件
今後の展望
細かな表情変化を
認識可能
表情と触覚刺激の
対応関係
本研究
22/23
*1: Saito, J., Kawamura, R., Uchida, A., Youoku, S., Toyoda, Y., Yamamoto, T., Mi, X. and Murase, K.:
Action units recognition by pairwise deep architecture, arXiv preprint arXiv:2010.00288 (2020).
*2:樋口友梨穂,松下光範:共感覚的表現を用いた触感と基本6 感情の対応づけに関する一検討,情報処理学会研究報告,Vol. 2022-HCI-196, No. 18, pp. 1–7 (2022).
*1 *2
• ある感覚に関する語彙を用いて,
別の感覚を修飾する語(形容詞,オノマトぺ)
(例)温かい表情,柔らかい表情
共感覚的表現
触感と表情の対応関係(先行研究)
樋口らの研究
仮説:共感覚的表現を用いて,触感と表情が対応づけられるのでは
*1:樋口友梨穂: 共感覚的表現に着目した触感と表情の対応づけに関する研究, 2021 年度関西大学大学院総合情報学研究科修士論文 (2022).
*1
25
喜びの表情とやわらかさ,
怒りの表情とかたさ,
怒りおよび嫌悪の表情と凸
対応関係
対応関係を用いて
表情を伝達可能か検証
今後の展望
背景 :視覚障碍者は表情などの非言語情報の取得が困難
大目的:視覚障碍者に対して触覚を用いて,表情を提示
小目的:複数の質感をパラメータとした触覚提示デバイスの実現
実装 :3つの機構から構成されている
実験 :デバイスが意図した触覚刺激を適切に提示可能か検証
結果 :全ての質感を高精度で提示可能
展望 :システムを用いて,実際表情を伝達可能かを検証
まとめ
23/23

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複数の質感を複合的に提示可能な触覚提示デバイス

Editor's Notes

  1. 質問は全部聞く 食い気味にならない