(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指の両側面を走る２本の求心性神経の各々に沿って当接される２個の刺激電極と、
前記２個の刺激電極よりも掌側に当接される１個のアース電極と、
前記刺激電極の各々に、前記刺激電極端子の各々に対応する波高と周波数の少なくとも一方を制御した所定の電気信号を与える電気信号発生部とを有しており、
前記刺激電極の各々に前記電気信号を与えることにより、前記２本の求心性神経に電気刺激を発生させ、
前記電気刺激により、刺激位置とは異なる指の末節位置に触覚を生じさせることを特徴とする空間透明型触覚提示装置。
【請求項２】
前記刺激電極が、指の関節近傍に当接されていることを特徴とする請求項１に記載の空間透明型触覚提示装置。
【請求項３】
前記刺激電極が、指の第１関節と第２関節間の指節の第２関節近傍に当接されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空間透明型触覚提示装置。
【請求項４】
前記電気信号は、負電圧のパルス信号であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の空間透明型触覚提示装置。
【請求項５】
前記パルス信号は、波高が一定で周波数が制御されたパルス信号であることを特徴とする請求項４に記載の空間透明型触覚提示装置。
【請求項６】
前記パルス信号は、電圧が−１００〜−３００Ｖ、周波数が０〜１００Ｈｚ、幅が１００〜２００μｓのパルス信号であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の空間透明型触覚提示装置。
【請求項７】
前記２個の刺激電極および１個のアース電極が２組用意されており、
１組が親指に、他の１組が人差し指に装着されるものである
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の空間透明型触覚提示装置。
【請求項８】
指の両側面を走る求心性神経に沿って当接される少なくとも１個の刺激電極と、
前記刺激電極よりも掌側に当接される１個のアース電極と、
前記刺激電極に、前記刺激電極端子に対応する波高と周波数の少なくとも一方を制御した所定の電気信号を与える電気信号発生部とを有しており、
前記刺激電極に前記電気信号を与えることにより、前記求心性神経に電気刺激を発生させ、
前記電気刺激により、刺激位置とは異なる指の末節位置に触覚を生じさせることを特徴とする空間透明型触覚提示装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の空間透明型触覚提示装置を用いていることを特徴とする道具操作支援システム。
【請求項１０】
前記道具操作支援システムが、手術支援システムであることを特徴とする請求項９に記載の道具操作支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的刺激により指先に触覚を生じさせる空間透明型触覚提示装置および前記空間透明型触覚提示装置を備えている道具操作支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の技術の高度化の下、電気刺激により感覚生成を行う電気刺激装置の開発が行われている。このような電気刺激装置は、人間が指で物体を触った際の機械受容器の活動（電気信号生成）を模擬し、直接電気刺激により感覚生成を行うものであり、電気刺激装置による触覚提示は、機械式の触覚提示装置に比べて小型・軽量化が見込めることも相俟って、視覚障害者に対して生活に必要な情報を触覚（皮膚感覚）により与える福祉における感覚代行装置や、手術中の医師に対して危険情報を触覚により与える医療における作業支援装置への応用が期待されている。
【０００３】
このような電気刺激装置の一例として、例えば、電極をアレイ状に配置した電気刺激装置が提案されている（特許文献１、非特許文献１）。
【０００４】
また、手術中に神経や血管などの危険領域に道具が近づいた際、道具に働く力で執刀医に危険情報を知らせるスマートツールが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３５４３０９７号公報
【特許文献２】特開２００３−４８１８２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｈ．Ｋａｊｉｍｏｔｏ，ｅｔ．ａｌ．，“Ｏｐｔｉｍａｌ  ｄｅｓｉｇｎ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｎｅｒｖｅ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｕｔａｎｅｏｕｓ  ｄｉｐｌａｙ，”  Ｔｅｎｔｈ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｈａｐｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ  ｆｏｒ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，ｐｐ．３０３−３１０，Ｍａｒ  ２００２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電極をアレイ状に配置しているため、提示装置が大きくなることが避けられず、コンパクトな装置を提供することができなかった。また、従来の電気刺激装置の場合、刺激位置と知覚位置（感覚発生位置）が同一位置にあるため、例えば、指先と道具との間に刺激用のデバイスを配置せざるを得ず、操作上、違和感が発生し、指先で道具の操作を円滑に行うことが困難であった。
【０００８】
また、スマートツール等の操作支援装置の場合には、触覚のみならず力（運動）も発生させるように構成されているため、目標部位への到達を妨げると共に、装置が大掛かり（接地型）になることが避けられなかった。
【０００９】
このため、指先と道具の間にデバイスを介在させず（空間透明型）、また、操作上の違和感が発生せず、さらに、道具操作を阻害することもなく、指先に触覚を生成させるコンパクトな触覚提示技術の開発が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題に鑑み、鋭意検討の結果、以下に記載する発明により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、各請求項の発明を説明する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、
指の両側面を走る２本の求心性神経の各々に沿って当接される２個の刺激電極と、
前記２個の刺激電極よりも掌側に当接される１個のアース電極と、
前記刺激電極の各々に、前記刺激電極端子の各々に対応する波高と周波数の少なくとも一方を制御した所定の電気信号を与える電気信号発生部とを有しており、
前記刺激電極の各々に前記電気信号を与えることにより、前記２本の求心性神経に電気刺激を発生させ、
前記電気刺激により、刺激位置とは異なる指の末節位置に触覚を生じさせることを特徴とする空間透明型触覚提示装置である。
【００１２】
本発明者は、指に走る神経の解剖学的構造を検討し、指の左右両側面を走る神経（求心性神経）を電気的に刺激することにより、電気刺激位置とは異なる指の末節位置に触覚を知覚させることができること、また、前記電気刺激は、従来の電気刺激と異なり、触覚を発生させるのみであり、力（運動）の発生を伴わないことを見出した。
【００１３】
具体的には、求心性神経に刺激電極を当接させて、所定の電気信号を流すことにより、求心性神経に電気刺激を与え、指の末節位置（求心性神経の機械受容器）に触覚を生じさせる。
【００１４】
このように、求心性神経への電気刺激により、刺激位置とは異なる位置に触覚を発生させることができる。即ち、刺激位置と知覚位置とにズレを生じさせることができる。このため、指先と道具の間にデバイスを介在させる必要がなく、道具の操作が他のデバイスにより阻害されず、指先で直接道具を把持等することができ、また、操作上での違和感が発生することがない。
【００１５】
そして、指の末節位置には筋肉が存在しないため、電気刺激による運動が生じることがなく、作業者による作業の自由度が拘束されない。
【００１６】
本発明者は、さらに検討を進め、刺激電極２点における刺激周波数を適切に制御することにより、短軸方向の２点間の任意の位置に触覚を知覚させることができることを見出した。
【００１７】
具体的には、例えば、陰極（刺激電極）およびＧＮＤ電極（アース電極）を、それぞれ人差し指の中節の第２関節近傍と基節（掌側）に配置し、２本の求心性神経に、各々に対応する電流を独立して流し、２つの電流を適切に調整することにより、指の末節位置の短軸方向の任意位置に触覚を知覚させることができる。
【００１８】
なお、この際には、刺激電極２点間の感覚量が統一されるように予め較正しておくことが好ましい。
【００１９】
本請求項の発明は、これらの知見に基づくものであり、刺激位置と知覚位置を分離し、さらに、知覚位置を適切に制御しているため、コンパクトな提示部で触覚による多自由度な情報提示が可能となる。
【００２０】
即ち、刺激位置と知覚位置が分離されているため、指先と道具の間にデバイスを介在させず（空間透明型）、道具操作上での違和感を与えることがなく、また、力を発生させることなく触覚のみを任意の位置に提示することができるため、道具操作を阻害することもなく、情報提示の自由度が高い。このため、効果的かつ実用的な道具支援、特に手術支援を行うことができる。
【００２１】
また、従来の機械式と異なり、電気式であるため、容易にコンパクト化、即ち、小型、軽量化を図ることができ、より低価格化を図ることができる。このため、高度先進医療に留まらず、一般家庭向け用途や工業用途等への応用も期待することができる。
【００２２】
なお、上記において、「所定の電気信号」とは、触覚を感じさせるために必要な電気信号を意味し、例えば、道具の位置や姿勢を計測して、その結果に基づき、コンピュータプログラムにより刺激パターンを算出し、この刺激パターンに対応して生成される電気信号等を指す。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、
前記刺激電極が、指の関節近傍に当接されていることを特徴とする請求項１に記載の空間透明型触覚提示装置である。
【００２４】
関節近傍では、求心性神経が皮膚の浅い箇所を走っているため、局所的な神経のみならず末梢に伸びる神経を確実に刺激でき、安定して刺激位置と知覚位置のずれを生じさせることができ、指末節に触覚を生じさせることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、
前記刺激電極が、指の第１関節と第２関節間の指節の第２関節近傍に当接されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空間透明型触覚提示装置である。
【００２６】
指の第１関節と第２関節間の指節の第２関節近傍を走る求心性神経の位置は、特に皮膚表面に近いため、末梢に伸びる神経を確実に刺激でき、刺激位置と知覚位置とにズレを生じさせることができる。
【００２７】
なお、上記において、「指の第１関節と第２関節間の指節」とは、親指の場合は基節を指し、その他の指においては中節を指す。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、
前記電気信号は、負電圧のパルス信号であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の空間透明型触覚提示装置である。
【００２９】
感覚の移動を生じさせるためには、負電圧のパルス信号であることが好ましい。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、
前記パルス信号は、波高が一定で周波数が制御されたパルス信号であることを特徴とする請求項４に記載の空間透明型触覚提示装置である。
【００３１】
感覚の移動を生じる波高は、人それぞれにバラツキがあるため、感覚の移動を適切に発揮させるためには、波高が一定で周波数が制御されたパルス信号を用いることが好ましい。
【００３２】
請求項６に記載の発明は、
前記パルス信号は、電圧が−１００〜−３００Ｖ、周波数が０〜１００Ｈｚ、幅が１００〜２００μｓのパルス信号であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の空間透明型触覚提示装置である。
【００３３】
求心性神経を適切に刺激して、触覚を生じさせるためのパルス信号としては、電圧が−１００〜−３００Ｖ、周波数は０〜１００Ｈｚ、幅は１００〜２００μｓのパルス信号が好ましい。
【００３４】
請求項７に記載の発明は、
前記２個の刺激電極および１個のアース電極が２組用意されており、
１組が親指に、他の１組が人差し指に装着されるものである
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の空間透明型触覚提示装置である。
【００３５】
親指と人差し指、２本の指に適切な感覚の移動を生じさせることにより、より確実に触覚を知覚させることができる。
【００３６】
請求項８に記載の発明は、
指の両側面を走る求心性神経に沿って当接される少なくとも１個の刺激電極と、
前記刺激電極よりも掌側に当接される１個のアース電極と、
前記刺激電極に、前記刺激電極端子に対応する波高と周波数の少なくとも一方を制御した所定の電気信号を与える電気信号発生部とを有しており、
前記刺激電極に前記電気信号を与えることにより、前記求心性神経に電気刺激を発生させ、
前記電気刺激により、刺激位置とは異なる指の末節位置に触覚を生じさせることを特徴とする空間透明型触覚提示装置である。
【００３７】
刺激電極は、必ずしも、２個に限定されない。１個であっても、刺激位置と離れた位置に触覚を生じさせることができる。さらに、３個以上の刺激電極を適切に配置することにより、より効果的に触覚を生じさせることができる。
【００３８】
請求項９に記載の発明は、
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の空間透明型触覚提示装置を用いていることを特徴とする道具操作支援システムである。
【００３９】
指先と道具の間にデバイスを介在させることなく、触覚を生成させることができる空間透明型触覚提示装置を有する道具操作支援システムは、コンパクトでありながら、道具操作が阻害されることがなく、所望する情報を適切な位置に触感として提示することができ、各種の道具操作を効率的に支援することができる。
【００４０】
このような道具操作支援システムの具体的な例としては、例えば、内視鏡手術において臓器の触感を提示する内視鏡用触覚鉗子などの手術支援システム、書道の書き方などを遠隔で指導する書道教育用システム、コンピュータ上に試作した車のハンドルや服飾等の触感や手触り感を体験させるプロトタイピングシステム、ゲーム用リモコンで触感を体験させる振動リモコンの拡張版システム等を挙げることができる。
【００４１】
請求項１０に記載の発明は、
前記道具操作支援システムが、手術支援システムであることを特徴とする請求項９に記載の道具操作支援システムである。
【００４２】
外科手術においては、重要部位が多く存在しているため、手術支援システムとして、コンパクトでありながら、道具操作が阻害されることがなく、危険領域との接触情報を触感として提示することができる本発明に係る道具操作支援システムを採用することによるメリットは、計り知れない。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、指先と道具の間にデバイスを介在させず（空間透明型）、また、操作上の違和感が発生せず、さらに、道具操作を阻害することもなく、指先に触覚を生成させるコンパクトな触覚提示技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態における空間透明型触覚提示装置の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態における電気刺激による触覚生成の処理の流れを示す図である。
【図３】指に電気的な刺激を与えた際に、刺激位置と知覚位置が分離している様子を示す図である。
【図４】電気的な刺激を指に与えるための電気触覚発生装置を中心とする回路を示す図である。
【図５】右の人差し指の各所に電気的な刺激を与えるため、電極の位置を変更している様子を示す図である。
【図６】人差し指の中節の付け根の辺りの両側面に周波数を制御しつつ同時に刺激を与えて、指の先端の短軸方向の特定の箇所に触覚を感じさせる様子を示す図である。
【図７】電気刺激を加える周波数と触覚の生じる位置の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００４６】
本実施の形態は、道具操作支援システムの内でも手術支援システムに関する。
（１）全体の構成
最初に、本実施の形態の空間透明型触覚提示装置の全体構成を、図１を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態における空間透明型触覚提示装置の全体構成図である。
【００４７】
図１において、１１０は親指用のＧＮＤ（アース）電極取付用バンドであり、１２０は親指用の刺激電極取付用バンドであり、１３０は人差し指用のＧＮＤ電極取付用バンドであり、１４０は人差し指用の刺激電極取付用バンドであり、８１０はパソコンであり、８２０はメモリであり、８３０は電気触覚発生装置であり、８３１は親指の刺激電流用の接続線であり、８３２は人差し指の刺激電流用の接続線であり、８５０はセンサであり、８５１はセンサからの信号線であり、８９０はメス（レーザメス）等の手術道具であり、９００は臓器であり、９０１は腫瘍であり、９２０は神経である。また、臓器９００の上側中央の上向きの矢印は、医師に注意喚起のために危険領域から遠ざける方向への触覚が生じていることを示す。
【００４８】
本実施の形態においては、図１に示す様に、医師が親指と人差し指と中指で手術道具８９０を保持して臓器９００に出来た腫瘍９０１を切除しようとしている。親指の基節の第２関節に親指用の刺激電極取付用バンド１２０が、第２関節より掌側に親指用のＧＮＤ電極取付用バンド１１０が巻き付けられている。また、人差し指の中節の基節側には人差し指用の刺激電極取付用バンド１４０が、基節には人差し指用のＧＮＤ電極取付用バンド１３０が巻き付けられている。
【００４９】
また、センサ８５０は、手術道具８９０の動きを監視しており、信号線８５１を介して監視結果がパソコン８１０に入力される。パソコン８１０内のメモリ８２０には、予めＣＴスキャンで得られた臓器９００に関する位置データおよび３次元の形状データが入力されている。そしてパソコン８１０は、手術道具８９０が神経９２０に近づくとこれを認識し、電気触覚発生装置８３０に所定の電気信号の発生を指示する。電気触覚発生装置８３０から所定の電気信号が発せられると、その刺激によって親指と人差し指の末節の短軸方向の所定位置に、警告のための危険領域を回避する方向の触覚が発生する。
【００５０】
なお、本発明では、あくまでも触覚が発生するだけであり、従来のようなスマートツールと異なり、力は発生しない。このため、現在以上に手術道具８９０を神経９２０の方向に近づけるか否かは医師の判断による。
【００５１】
（２）全体の制御
次に、図１に示す空間透明型触覚提示装置の全体の制御について、図２を参照しつつ説明する。図２は、本実施の形態における電気刺激による触覚生成の処理の流れを示す図である。
【００５２】
図２において、８１１は位置計測手段であり、８１２は位置合せ手段であり、８１３は反力生成計算手段であり、８１４は刺激への変換手段であり、これらの手段による作用は全て四角の破線で示すパソコン８１０内に格納されているプログラムに従った計算によりなされる。また、メモリ８２０内には、前記の通り予めＣＴスキャン等で取得された臓器や危険領域の３次元形状データ８２１が格納されている。
【００５３】
医師８４０が手術道具８９０を直接手に持って操作し、その動きをセンサ８５０が捉えて、手術道具８９０の動きに関するデータがパソコン８１０に入力される。パソコン８１０では、予め入力されている臓器や危険領域の３次元形状データ８２１を参照して位置合せが行われる。そして、必要に応じて所定の反力に対応した触覚を発生させるための計算が行われ、電気触覚発生装置８３０に、前記の計算に基づく所定の電気信号が発生し、図１の各刺激電極取付け用バンドに取付けられた刺激電極を通じて、電気信号が指の両側の求心性神経に伝えられ、その刺激によって医師８４０の親指と人差し指に所定の触覚が発生して注意喚起が行われる。
【００５４】
次に、電気的な刺激を指に与えるための装置の構成を、図４に示す。図４において、８３５は親指用の電気触覚発生部であり、１１１は親指用のＧＮＤ電極取付け用バンド１１０の電極であり、１２１と１２２は親指用の刺激電極取付け用バンド１２０の電極であり、接触面積は４ｍｍ２程度である。これにより、簡単に指に取り付けることと、適切な電気刺激を与えることが可能となり、また取り付けても指先での作業に支障が発生しない。
【００５５】
（３）触覚の発生
次に、電気信号による刺激で指に多自由度の触覚を発生させることに関して説明する。
【００５６】
（イ）電気刺激の位置と触覚の発生位置
電気刺激の位置と触覚の発生位置及び両位置の関係について、図３を参照しつつ説明する。図３は、指に電気的な刺激を与えた際に、刺激位置と知覚位置が分離されている様子を示す図である。図３の（ａ）は、手の平を上向きにし、さらに水平にした状態における人差し指を上方から見た図であり、（ｂ）は人差し指の一部を表している。図３において、２００は指であり、２１０は末節であり、２２０は中節であり、２３０は基節であり、２４１は左の求心性神経であり、２４２は右の求心性神経である。また、２６１は左の電気刺激付与箇所であり、２６２は右の電気刺激付与箇所であり、２５０は触覚発生箇所であり、２６３はＧＮＤ（アース）電極である。なお、上記において、右、左は、手の甲から見た方向を示している。
【００５７】
図３の（ａ）に示されるように、手の先端の触覚を感じる左右の求心性神経２４１、２４２は何れも指２００の側面の表面近くを通っている。そして解剖学的構造より、左右の求心性神経２４１、２４２の指２００の中節２２０の基節側、即ち第２関節近くを電気的に刺激をすれば、各々指２００の末節２１０の左右で触覚（圧迫感）が発生する。
【００５８】
電気刺激付与箇所２６１、２６２を中節２２０の第２関節近傍の側面にする理由は、左右の求心性神経２４１、２４２が分岐していないこと、皮膚の電気抵抗が少ないこと、筋肉が無いため指の運動が生じないためである。
【００５９】
即ち、図３の（ｂ）に示す様に、電気刺激付与箇所２６１に電気刺激を与えることにより、先端側の触覚発生箇所２５０、具体的には、機械受容器に、その刺激による触覚が発生する。このため、図３の（ｂ）の白抜き矢印で示す様に、電気的刺激を与える箇所と、その刺激による触覚が発生する箇所にズレが生じる。
【００６０】
このズレが生じるため、各指の先端部で、各電極に影響されることなく手術道具８９０等の医療機器を直接保持している状態で触覚を感じる様にすることが可能となる。
【００６１】
（ロ）刺激位置と触覚発生位置のズレに関する実験
健康な男性９名を被験者として、電気刺激を与える箇所とその刺激により触覚が発生する箇所のズレについて、実験を行った。
【００６２】
実験の内容について図５を参照しつつ説明する。図５は、右の人差し指の各所に電気的な刺激を与えるため、刺激電極の位置を変更している様子を示す図である。図５に示すように、実験は、刺激電極の位置を変更して、右の人差し指の各所に電気的な刺激を与え、触覚を感じた箇所を調査した。なお、図５の升目は４ｍｍである。また、電気刺激パルスは、明瞭な振動覚が得られ、順応が起こり難い周期０．１ｓ、幅２００μｓのパルスを用いた。
【００６３】
表１に、電極のＧＮＤと陰極の位置の組合せを示す。表１に示す様に合計１０箇所で測定した。なお、表１のアルファベットは、図５の左側に表示されたアルファベットの位置に対応し、数字は、図５の上に表示された数字に対応する。
【００６４】
表２に、電気的な刺激を与えた箇所と触覚を感じた箇所の対応を示す。なお、表２の陰極の位置および知覚位置（平均値）は、図５のＩ−１（一番下の指の図の左下の位置）の箇所を長さ方向と幅（短軸）方向の原点（０，０）として表示している。
【００６５】
【表１】
0005549979.tif 000002
【００６６】
【表２】
0005549979.tif 000003
【００６７】
表２に示すように、知覚位置の長さ方向の平均値は、陰極の長さ方向の位置を示す数字（括弧内の左側の数字）より小さい。これにより、指の長軸方向については、刺激電極位置に対して知覚位置が指末節に近い部位に知覚されることが分かる。特に、電極が指側面下方から真下に位置において、中節の刺激が末節に生じていることが分かる。さらに、標準偏差を考慮すると、刺激位置の範囲に知覚位置が含まれないことが分かる。
【００６８】
（ハ）多重的な触覚の発生
次に、多重的な触覚の発生について説明する。これは、２部位を同時に刺激すると、両方の刺激点の間に刺激像を生じる現象（感覚の移動、ファントムセンセーション、Ｐｈａｎｔｏｍ  Ｓｅｎｓａｔｉｏｎ）を利用して、特定の箇所に触覚を生じさせるものである。
【００６９】
ファントムセンセーションについて、６名の被験者を対象として、周波数を２５〜１００Ｈｚと変化させて行った実験を、図６と図７を参照しつつ説明する。図６は、人差し指の中節の付け根の辺りの左右両側面で腹部よりの箇所を同時に刺激し、周波数を制御することにより先端の短軸方向（指の超軸方向に直角の方向）の特定の箇所に触覚を、即ち、多自由度の情報を提示する様子を示す図である。また、図７は、電気刺激を加える周波数と触覚の生じる位置の測定結果を示す図である。
【００７０】
図６において、２６３はＧＮＤ電極であり、２５５は触覚発生箇所であり、ｄは触覚発生箇所２５５の図面上の下端からの距離である。なお、下端が０．００であり、上端が１．００である。また、図７において、横軸は、左右の電極に与える刺激の周波数とした時に｛（ｆ１−ｆ２）／ｍａｘ［ｆ１，ｆ２］｝で定義される変数γであり、縦軸は、距離ｄである。また、ｍａｘ［ｆ１，ｆ２］は、ｆ１とｆ２の内、大きい方の周波数を指す。
【００７１】
図７から分かる通り、γはｄにほぼ比例しており、そして、図６と図７から分かる様に、触覚の中心位置は左右（図６では上下）何れかの電極の内で周波数の大きい電極側に移動し、さらに左右へ移動する量の指の左右の幅に対する比率は、左右の周波数の差を大きい方の周波数で割った商に比例する。これを、図７を参照しつつ具体的に説明する。例えば、左右の周波数が同じであれば、γ＝０であり、触覚はｄ＝０．５０、即ち指の左右の中心に生じる。また、右（ｆ１）が１００で左（ｆ２）が０であればγ＝１であり、触覚はｄ＝１．００となるため指の右側面に生じる。右（ｆ１）が０で左（ｆ２）が１００であればγ＝−１となり、触覚はｄ＝０．００となるため指の左側面に生じる。
【００７２】
なお、図６では平面的であるが、実際の人の指の腹部断面は略楕円形である。そして、前記のファントムセンセーションによって触覚を感じる箇所はこの楕円の孤上に存在する。これも、指の腹部断面を円で近値して触覚ベクトル表現とすることも可能である。
【００７３】
（ニ）実際の触覚の発生
指による道具の把持は、道具にもよるが、一般的には親指と人差し指の先端の腹部と中指の右側面（右利きの人）で保持され、親指と人差し指の先端の腹部の触覚が利用され、中指の側面は保持に利用される。従って、このことを考慮して、一般的には、親指と人差し指の先端の腹部に触覚を発生させることとなる。
【００７４】
（ホ）刺激波形と安定化
感覚の移動を生じさせるためには、皮膚の浅い箇所の神経を刺激する必要があるため、陽極電流でなく陰極電流で刺激する。しかし、刺激位置にも触覚（押圧）の受容器が存在しているため、末節に伸びる深部の神経を刺激しないような微弱な刺激の場合、刺激位置の受容器のみが選択的に刺激される。このため、感覚の移動（ズレ）を確実に生じさせるためには、ある程度の刺激量、経験的には２００Ｖ程度の刺激量が必要となる。
【００７５】
なお、人の皮膚抵抗は数十ｋΩであり、電気刺激で触覚を知覚するためには最低でも０．１ｍＡの電流が必要である。このため、電圧としては２００ｖ程度が好ましくなる。また、電気的なパルス信号で神経活動を模擬するためには、幅２００μｓ、周期１〜１０００ｍｓ程度が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、高度の手作業が必要な産業分野、例えば医療業における手術、教育産業における書道、ゲーム産業におけるリモコン操作等に利用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１１０            親指用のＧＮＤ電極取付用バンド
１１１            親指用のＧＮＤ電極取付け用バンドの電極
１２０            親指用の刺激電極取付用バンド
１２１、１２２    親指用の刺激電極取付け用バンドの電極
１３０            人差し指用のＧＮＤ電極取付用バンド
１４０            人差し指用の刺激電極取付用バンド
２００            指
２１０            末節
２２０            中節
２３０            基節
２４１            左の求心性神経
２４２            右の求心性神経
２５０、２５５    触覚発生箇所
２６１            左の電気刺激付与箇所
２６２            右の電気刺激付与箇所
２６３            ＧＮＤ電極
８１０            パソコン
８１１            位置計測手段
８１２            位置合せ手段
８１３            反力生成計算手段
８１４            刺激への変換手段
８２０            メモリ
８２１            ３次元形状データ
８３０            電気触覚発生装置
８３１            親指の刺激電流用の接続線
８３２            人差し指の刺激電流用の接続線
８３５            親指用の電気触覚発生部
８４０            医師
８５０            センサ
８５１            センサからの信号線
８９０            手術道具
９００            臓器
９０１            腫瘍
９２０            神経
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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