ハプティクス/ Haptics


タップによる硬さ知覚の原理解明/ Hardness perception by tapping

われわれはモノの表面を叩いて(タップ)その硬さを判断します. このとき,指とモノが接触している時間はわずか数十ミリ秒です. この短い時間で生じる情報から,われわれはどのように硬さを判断しているのでしょうか. 実は,タップによって生じる振動の周波数および減衰の特性を利用していることが分かりました. また,反力の最大値や損失も,硬さの判断に影響を与え得ることが分かっています. これらの発見は触知覚の深い理解に留まらず,ハプティックインタフェース技術の向上に貢献します.

We tap an object’s surface in order to judge its hardness properties when the object is rigid and cannot be deflected by pinching or pushing. The contact period of tapping is as short as a few tens of miliseconds. How can we judge the object hardness using this short-time information? Humans leverage frequencies and attenuation of vibration caused by tapping. A sharp reaction force also can be a source for judging hardness. Maximum reaction forces, their sharpness, and momentum loss influence subjective hardness.

発表論文: [English 1], [English 2], [English 3]

指の皮膚変形を推定するための装着型センサ/
Wearable skin deformation sensor for fingertip

物に触れているときの指の高速で微小な変形を精緻に計測するのは困難ですが,われわれは高精度の加速度計を指の側面に設置し, 指腹のせん断変形を推定する方法を開発しました. 指腹のせん断変形は,指の側面に伝達するため,側面の変形を観測することで,指腹の変形を予測することが可能です. 測定には加速度計を用いるので,高周波帯での計測が得意です. また,装着型のセンサであるため,能動的な触察下での計測が可能です.

We developed a method for estimating the fine and fast shear deformation of a finger pad as it scans the surface of a material. Using a miniature accelerometer, we measured the acceleration at the radial skin, the deformation of which is accompanied by the shear deformation of the finger pad. Using a transfer function, as specified in a separate experiment, between the pad and side of a finger, we estimated the shear deformation of the finger pad in the frequency domain. This method allows us to measure the skin deformation during exploration since it is a wearable type sensor.

発表論文: [English]

Haptic Invitation: ヒトはなぜ触れてみたくなるのか?「触れてみたさ」の解明/
Haptic invitation: Why do we feel inclined to touch?

目にした素材についつい触れてみたくなる,そんな体験は誰もがしていることです. この触察行動の誘引現象(Haptic Invitation)の解明を目指しています. これまでに,材質感の際立った素材は特定の触れ方を誘引する確率が高いことを明らかにしました. つまり,触察行動の誘引現象は,材質感をそれに適した触れ方で確かめる行為と推察できます.

We sometimes unconsciously touch objects when seeing them. We call such phenomena as haptic invitation. Thus far, we have found that prominent surface properties invite human touch, and the type of prominence determines the type of invited motions. For example, we tend to rub finely rough surfaces, and push and scratch apparently soft and frictional objects, respectively. Haptic invitation encourages us to feel surfaces using appropriate touch motions.

発表論文: [日本語1], [English 1], [English 2]

人の触覚体験の多階層・多次元モデルを構築する技術/
Multi-layered and multi-dimensional modeling of human feelings

物に触れると様々な主観的体験が生じます. 例えば,粗い・柔らかい・温かいといった触対象の物理的側面に関する知覚的体験から, 複雑な・高級感があるといった対象の属性および感性に関する体験, 好き/嫌いの嗜好などがこれらに含まれます. こういった体験は,意味的に多階層かつ多次元の構造を構成します. われわれは,心理学実験の結果から多変量解析技術を用いて,この階層構造を構築する技術を開発しています. この分析技術を用いれば,ある製品の感性の設計や個人差の分析を行うことができます.

Touching objects causes various subjective experiences including perceptual, affective, and hedonic responses. These subjective responses are typically expressed by using adjectives and construct a multi-dimentional and multi-layered information structure. We develop techniques for establishing such structures based on psychophysical experiments or sensory appraisal. They help us understand linkages of human responses and design affectively attractive products.

発表論文: [English 1], [English 2], [English 3], [English 4]

テクスチャの材質感次元/ Tactile dimensions of texture

われわれが素材の触感を表現するとき,粗い・柔らかい・暖かい・硬い・つっぱるなど,たくさんの言葉を用います. このような触感を表現する情報空間の次元構成はどのようになっているのでしょうか? これまでの調査の結果,触感の次元は, 粗さ感・硬軟感・温冷感・摩擦感であるとの結論に達しました. さらに,粗さ感は知覚メカニズムの明確な違いから,マクロ粗さとミクロ粗さに分けることができます. したがって,材質感次元の数は5となります.

We have many adjective words that can be used for expressing textures of material surfaces. What is the dimensional structure of the space of such adjective words and human textural perception? It was concluded that the reasonable psychophysical dimensions are roughness/smoothness, hardness/softness, warmness/coolness, and friction (stickiness/slipperiness). Roughness percepts can be further categolized into two dimensions; they are macroscopic (bulky/flat) and microscopic (fine, rough/smooth) roughness. Hence, these are principal five dimensions.

発表論文/Publication: [日本語], [English]


ハプティクスの錯覚/ Haptic illusion

錯覚は知覚のメカニズムを解き明かすための糸口となってきました. 特に,皮膚への振動触刺激による力の錯覚とラバーハンドイリュージョンと呼ばれる,身体所有感の錯覚について研究しています. 物を把持しているときに,その指に振動触刺激を提示すると,その物が重く感じられるという錯覚があります. ラバーハンドイリュージョンは,視覚・触覚・運動感覚の多感覚統合によって生じる錯覚で,自分の手に似せた人工の手が, あたかも自分の手であるかのように感じるという錯覚です.

Illusions can be a good entrance to seek the mechanisms of perception. We are studying the illusory force perception via vibrotactile stimuli and illusory bodyownership called the rubber hand illusion. When vibrotactile stimuli are applied to the hands and fingers grabbing an object, the object is felt heavier. The rubber hand illusion is a bodyownership illusion caused by the multisensory integration of visual, tactile, and proprioceptive information. Humans feel a fake hand as a part of their own body.

発表論文/Publication: [English 1], [English 2], [English 3]

HumTouch: ハムノイズを利用したタッチ・センシング技術/
HumTouch: Touch sensing techniques using mains hum

人の体の中には,家庭用の電源から発せられるハムによって電流が流れています. 人が物に触れると,人の体からその物体に微弱な電流が流れます. これを増幅して計測することによって,身の回りの様々な物体をタッチセンサとして利用することができます. 例えば,紙,石,木材などをタッチセンサとして利用することを実証しています. 物体が導体でなくてもこの原理が成立するため,様々な応用につながる技術です.

Ambient power supply (AC mains) causes an electric current flow in the human body. This current flows into object surfaces when they are touched. Electrodes on the object surface capture the current, and using the surface impedance localization technique, the human touch is detectable and localized. This enables us to use daily life objects, which do not need to be conductive, as touch-sensing surfaces.

発表論文/Publication: [English 1], [English 2], [English 3], [English 4]

感覚と運動の予測的関係を利用したヒューマンインタフェースの実験的検証/
Sensory-motor loop: Amplified shear deformation of finger pad increases tracing movements

人の感覚入力と運動生成の間には,予測的な関係があると考えられています. この関係性に介入することで,人間の運動を操作するインタフェースの研究を行っています. 例えば,右図に示すデバイスを用いて, 紙面などをなぞる運動を行っている人の指腹にせん断変形を呈示することで, なぞり運動に影響が生じることを確認しています.

Human sensory inputs and motor outputs mutually affect each other. We pursue the idea that a tactile interface can influence human motor outputs by intervening in sensory-motor relationships. This study focuses on the shear deformation of a finger pad during tracing movements. Using a tactile interface, we amplified the finger pad's skin stretch, and found that such amplification enhances human hand movements based on the principles of sensory-motor loop of haptic tasks.

発表論文/Publication: [日本語], [English]

力知覚における皮膚感覚と深部感覚の統合/
Sensory integration of cutaneous and kinesthetic sensations for force perception

指先に加わる力の知覚は,指腹の皮膚感覚と,筋や腱の深部感覚を統合したものです. それぞれの器官がどのように感覚統合に寄与するかを知ることは, ハプティック・インタフェースの開発に重要です. 例えば,比較的小さな力のためのインタフェースは,皮膚にのみ力を提示するだけで十分です. 大きな力は,関節に確実に力を伝える必要があります. この研究では,複数の実験によってそれぞれの器官の寄与率を算出しています.

Humans perceive a force applied to their fingertips by integrating skin and proprioceptive sensations. We investigated the relative contribution ratios of these sensations by psychophysical experiments. Such knowledge helps us design haptic interfaces. For example, small forces should be effectively delivered to the skin whereas moderately large forces should be delivered to both the skin and joints.

発表論文/Publication: [English]