【研究領域課題番号】22K18220 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遠隔診療 / ハプティクス / バーチャルリアリティ / テレイグジスタンス

【研究種目】若手研究

【研究期間】2022-04-01 - 2027-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究領域課題番号】20H04220 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハプティクス / バーチャルリアリティ / 摩擦滑り / 器用な操作 / ハプティックレンダリング / 摩擦モデル / LuGreモデル / 部分滑り / 把持操作 / 質感

【研究成果の概要】

本研究では、(A)摩擦モデルを構築し、(B)摩擦振動と滑りの計測に基づいてパラメータ同定し、(C)部分滑りの提示装置とその制御手法を確立する。これらを(D)把持操作VR環境に組込み、(E)器用さと質感の評価を行うことを計画している。
2021年度は、昨年度実現したLuGreモデルに固着時間依存性を組み込み、これを用いたハプティックレンダリングを実現した。部分滑り、ヒステリシス特性、Stribeck効果、粘性摩擦に加えて、固着時間に応じた静止摩擦力の増加を再現できるため、摩擦時のスティックスリップの発生頻度がより現実に近づいたように見える。
(B)の計測のため、摩擦対象を固定する台に抗力と接線力を計測するための力センサを、手首、指先に加速度センサを取り付け、手首の変異をカメラで撮影しつつ計測する装置を作成した。一つの摩擦対象についてデータを取得し、固着時間依存性を組み込んだLuGreモデルのパラメータをCMA-ESを用いて同定することを試みたところ、物理的に妥当でないパラメータが求まる場合もあり、修正を続けている。
さらに、(D)の恥操作VR環境について、グリップに超小型の1軸力センサを2つ取り付け、合力から3指の把持力を求め、これを反映させた3指による把持操作VR環境を構築した。解析法の物理エンジンを把持対象の運動のシミュレーションだけでなく、提示力計算のためのバーチャルカップリングにも用いたため、安定した把持操作を実現することができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】ヒューマンインタフェース・インタラクション

【研究領域課題番号】17H01774 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハプティクス / バーチャルリアリティ / 摩擦モデル / レンダリング / シミュレーション / 物理モデル / ハプティックレンダリング / 動力学シミュレーション / 時変摩擦係数 / CMA-ES / 局所剛性行列 / 力触覚レンダリング / 質感 / 固着滑り / 摩擦 / Position based dynamics / Proxy

【研究成果の概要】

指で物体を擦る際には固着滑りによる振動が生じ、これが物体の材質感に影響することが知られている。本研究は、物理モデルを構築し、シミュレーションすることでこれを再現することを目的とする。期間内には、現実の触察時と同等の振動波形を生成可能な、指と物体のシミュレーションモデルを構築した。また、４つの素材について計測した振動波形からモデルのパラメータを同定し、これを用いたレンダリングにより質感をある程度再現できることを確かめた。また、シミュレーションモデルに指先や物体表面の形状変形を含めるために、柔軟変形物体のシミュレーションとハプティックレンダリングの手法を提案した。

【研究の社会的意義】

製品の評価や設計にバーチャルリアリティを応用する際には物体の材質感の再現が望まれる。また、把持操作の際にも摩擦振動を手がかりに材質感を感じ取り、器用な把持操作にも利用している。摩擦振動を再現する物理モデルを実現し、これを用いたハプティックレンダリングを組み込むことで、バーチャル物体の材質感や操作感が現実に近くなり、より多くの作業や課題をバーチャルリアリティで実現できるようになることが期待でき、その用途の拡大に繋がると考えられる。
また、摩擦時物理現象を説明するモデルは、人の触知覚の理解に繋がることも期待できるため、人の触覚情報処理の理解がすすむことも期待できる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】ヒューマンインタフェース・インタラクション

【研究領域課題番号】15K12083 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

力触覚 / バーチャルリアリティ / 道具操作 / 疑似力覚 / 人工現実感 / ハプティクス / 疑似提示 / 非接地

【研究成果の概要】

本研究は、より軽量で使いやすい力覚提示デバイスの開発を目的として、ユーザが装着する必要がなく手に持つだけで道具操作によりバーチャルの重さ体験を可能とする新たな方法論の開発を行いました。アプローチとして、手首や腕などで重さを支える並進力の再現は行わず、指に生じる皮膚感覚や手に生じる深部感覚のみを再現することとしました。具体的には、単一のモータにより駆動可能な回転機構により小型で装着不要のデバイスにより道具先端の重さをバーチャルで再現可能なデバイスを実現し、さらに道具操作におけるバーチャルの重量と現実の重量の関係を初めて明らかにしました。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)

【研究分野】ヒューマンインタフェース・インタラクション

【研究領域課題番号】26700018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハプティクス / 触覚 / クロスモダリティ / 身体性 / ヒューマンコンピュータインタラクション / バーチャルリアリティ / 身体情報学 / マルチモーダルインタフェース / ヒューマンコンピューターインタラクション / 身体性インタラクション / 身体性メディア

【研究成果の概要】

本研究では触覚を用いた身体的なインタラクションを実現するため，触感の記録・伝送・拡張とユーザの身体運動に応じたリアルタイム合成手法の研究開発を行った．視覚や聴覚とのクロスモダリティ効果による触感の時空間性の拡張について検証し，人の触知覚を拡張できる可能性を示した．また本研究の知見の社会実装に繋げるため，産学連携による実証システムの構築と実証試験を行い，福祉・知育等の分野での有用性を示した．

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円)

【研究分野】ヒューマンインタフェース・インタラクション

【研究領域課題番号】26280072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハプティクス / バーチャルリアリティ / 変形 / Shape Matching / 有限要素法 / 摩擦 / 固着滑り / シミュレーション / 変形シミュレーション / 力覚レンダリング / 局所剛性行列 / 力触覚 / 弾性体シミュレーション / 柔軟変形 / 力触覚インタラクション

【研究成果の概要】

対象に手を触れ動かして触知覚を得る能動触は対象についての様々な手がかりを与える。
本研究では、能動触により内部構造や材質を知覚可能なバーチャルリアリティを実現するため、変形と振動を物理シミュレーションで計算・提示することを目指し、(1)有限要素法に変わる計算時間の少ない変形のシミュレーション手法と(2)能動触により生じる振動の再現手法を研究した。
その結果、(1)について、対象を局所グループに分割し局所剛性行列を用いることで計算時間を削減する手法を提案した。また、(2)について、摩擦時の固着滑りにより正確な摩擦係数のモデルを用いることで現実に近い固着滑りが再現でき、現実感が向上することを示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)

【研究分野】ヒューマンインタフェース・インタラクション

【研究領域課題番号】26280070 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

触覚情報 / 感覚代行 / 障害者 / コミュニケーション / バーチャルリアリティ / ハプティック / ロボティクス / 人工触覚 / 触覚インタフェース / コミュニケーション支援 / 環境認識センサ / ヒューマンインタフェース・インタラクション / 福祉工学 / 高齢者 / 感覚 / 発話

【研究成果の概要】

視・聴覚やコミュニケーションの機能が衰えた人達のために、指先の触覚を介して情報の授受を支援するウェアラブルなハプティックディスプレイを開発した。このディスプレイは独自に開発した積層バイモルフ型圧電振動子を1.2㎜おきに8行×8列に配列したものであり、振動パターンは本体に内蔵するマイクロコンピュータで制御される。本ディスプレイを備えた「触覚ゲーム」や「携帯電話インタフェース」を開発し、その評価実験の結果から本デバイスの有用性を実証した。また、技術的な成果をVRやロボットに活かすことで製品化への道を拓くとともに、マルチモーダル刺激の認識に関わる認知科学的な課題を提示した。

【研究の社会的意義】

開発した触覚デバイスは感覚・コミュニケーションの障害支援だけでなく、バーチャルリアリティやロボットの人工触覚、さらに一般ユーザが情報授受するためのハプティック機器に応用することができる。従って、汎用性のある製品へ発展させることができることから、本課題の社会・経済的な意義は高い。
本デバイスを用いて音声や画像と触覚情報を組み合わせたマルチモーダル刺激を提示したときに、それをヒトの感覚や脳がどこまで受容かつ認識できるのかを調べることができる。このような研究を通じて、触覚を付与した情報の脳内処理について認知科学的な新しいテーマを提供するので、本課題の学術的な意義も高い。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2020-03-31

【配分額】15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円)

【研究分野】ヒューマンインタフェース・インタラクション

【研究領域課題番号】25240032 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハプティクス / マルチモーダルインタフェース / 超音波 / バーチャルリアリティ / 触覚 / マルチモーダルインターフ ェース

【研究成果の概要】

スーパーハプティクスとは、従来の触覚インタフェースが必須要件としていた「デバイスと人間との機械的接触」を排除することにより、触覚を通した人間支援の可能性を大幅に拡大する概念である。具体的にはまずその要素技術として、超音波を用いて触覚を非接触で刺激する技術および人間の筋肉が発生している力を遠隔計測する技術を確立した。それらの要素技術に基づいて、空中映像のボタンを、触覚を伴って操作できる空中触覚タッチパネル、離れたワークスペースにいる二者間で、お互いの高忠実な３次元映像に触れあうことができる視触覚クローン、触覚刺激によって手の動作誘導を行うシステムなど、従来にないインタフェースを具体化した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】47,190千円 (直接経費: 36,300千円、間接経費: 10,890千円)

【研究分野】メディア情報学・データベース

【研究領域課題番号】21680012 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バーチャルリアリティ / 力触覚 / 力覚レンダリング / 振動触覚 / 材質感 / ハプティクス / 物理シミュレーション / 力覚インタフェース / マルチスケールシミュレーション / マルチレートシミュレーション / 触覚 / 材質感提示 / イベントベースハプティック

【研究成果の概要】

人の力触知覚の特性に合わせた階層的なシミュレーション手法の研究を進めると共に、振動提示を統合し、物体形状・動特性と共に、質感と接触状態を提示する力触覚VR環境を構築することを目指した。接触位置に応じた振動生成により、材質パラメータ(ヤング率・減衰定数)に応じた振動の提示を実現した。また、動力学特性を正確に提示する階層的なシミュレーション、6自由度力覚ポインタを用いた階層的なシミュレーションを実現した。振動による質感提示とシミュレーションの統合と接触状態の提示は今後の課題として残った。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2009 - 2012

【配分額】22,750千円 (直接経費: 17,500千円、間接経費: 5,250千円)