インタラクションボールの開発
５年Ｃ組 羽鹿諒

指導教諭 米田 隆恒

１.要約
私は、今回インタラクションボールを開発した。これは、ボールを握る度合いで、ある程度コンピュータを直観的に操作できるコントローラーの機能と、音楽や数値データなどを可視化、可触化できる簡単なディスプレイの機能の両方を持ち合わせている。この装置は、USBケーブルでコンピュータに接続するだけで使用することができる。

キーワード ユーザーインターフェイス、タンジブルUI、ゴムボール、マイコン、赤外線センサ

２.研究の背景と目的ものだということである。特に、数値デー

最近、日常生活の中で人々はスマートフタ、グラフなどの情報はずべての人が理解

ォンやタブレットPCなどのコンピュータできるものではないと考えられる。また、を扱う機会が増えてきた。その結果、いく情報を入力する手段も複雑なステップを踏つかの技術に急速な進歩が見られるようにまなければならないものが多く、使いやすなった。例えば、マウスやキーボードなどいとは言い難い。のユーザーインターフェイス(以下、UI)はそこで、ユーザーへの、特に障害を有す状況に応じて入力方法を選択でき、様々なる人も使えるような、新たな情報提供手段言語にも対応できるようになった。

および入力手段が必要だと考えた。そんなまた、SNSやブログなどの流行、あるい中、私はMITで研究されている「タンジブは音楽ストアや電子書籍の登場によりインルUI」というものを知った。それは、複数ターネットは人々にとってなくてはならなの人が同じ作業を共有し、情報を物理的ないものになった。その結果、たくさんの人々ものに置き換えてコンピュータの操作がでが様々なメディアを使うようになり、様々きるUIだった。

なタイプのデータを個人が大量に扱えるようになった。私たちの身の回りでは、多様な情報やコミュニケーションの急速な「デジタル化」が進んでいるのである。

よって、今回の研究では以下の目標を設定し、実験および考察を行った。
①情報に触れられるUIの開発方法を検討する。

しかし、このような技術の発展には問題②プロトタイプとなるハードウェアおよがある。それは、障害を有する人や高齢のびソフトウェアをオリジナルに開発す人にとって、こうした様々な情報は煩雑なる。

③UIの開発を踏まえ、今後の展望を考察する。

３.研究方法３-１

UIデザイン

まず、情報を何らかの形で表示し、さらにコントローラーにもなり得るデバイスを開発する必要があった。そこで私は、受け取った情報に応じて形状や状態が変化する

図１ サーボモータ

ハードウェアを製作することを考えた。こうすることで、障害を持った人にはデバイ

このモータに、図２に示すような方法でスの形状や状態の変化などで情報を伝える

シリコンゴムを糸で巻き取るような形で形ことができる。また、デバイスの形状をユ状を変えられるようにした。

ーザーが直接触って変更を加えられるようにすれば、従来の入力装置よりもより直観的に操作をすることができるハードウェアを開発できると考えた。
また、ハードウェアはボール状であり、かつ形を変えることが容易なシリコンゴムで製作した。

３-２

ハードウェア

上述のUIデザインによってデバイスに関するいくつかの条件を設定したため、そこから内蔵ハードウェアの構造を考えていった。

図２ サーボモータで外側のシリコンゴムを巻き取る構造

まず、ボールは形状を変えられる必要があったため、今回は、ボールの中にサーボ

次に、ユーザーがボールをつかむ、つまモータ(図１)と呼ばれるモータを取り付けむ、押す、といった操作をしているかどうた。これは、２足歩行ロボットの関節部分かを認識させる必要があった。そこで、ボなどに使われる小型で軽量ながらも強力なールに温度センサ(図３)を取り付けることアクチュエータである。

を考えた。こうすることで、人が触っているときは体温を検知できるため、操作を行っていないときとの区別を行える。また、

また、視覚的な効果を付加するため、LED温度センサをボールの側部と上部の２カ所アレイを取り付けた。今回用いたのはごくに取り付けることで上述した３つの操作を一般的なLEDに導電糸(図５)と呼ばれる導区別することができると考えられる。

電性のある糸で電極を繋いだものである。
これは、ボールを掴んだりする際、内部の配線が変形してしまうことが懸念されたためである。

図３ 温度センサ

さらに、ユーザーがどの程度の力でボールを圧迫しているかを知る必要があった。
そこで、フォトインタラプタ(図４)と呼ば図５ 導電糸れるセンサを用いた。これは、センサの一方から照射される赤外線の反射を読み取る

次に、ハードウェアのベースとなる部分センサである。今回の研究では、ボール内の検討を行った。今回は、Arduino(図６)部の壁面から向かい合う壁面までの距離をと呼ばれるオープンソースハードウェアを測定する目的に用いた。こうすることで、使用した。これは、現在世界中で最もよく簡単にボールの圧迫具合が測定できると考使われているマイクロコントローラーモジえたからである。

ュールである。

図６ Arduino（写真は今回使用したもの）
図４ フォトインタラプタ

今回の研究においてArduinoを使用した
理由としては、・開発期間が短縮できる・Mac、Windows、LinuxのどのOSでも共通した開発環境が動作する・開発が容易なので、改良がすぐにできる・小型で安価であるということがあげられる。プログラム開発

図８ Processing IDEには、専用の開発環境(図７)を使用した。
C言語ベースの簡単なプログラムでファームウェア開発を行うことができた。

このソフトウェアを使うことで、比較的容易にJavaランタイム上で動作するプログラムを製作することができる。また、ビルドやコンパイルに時間がかからず、ライブラリなどを導入することで大小様々なソフトウェアを開発できる。
ここではインタラクションボールをディスプレイとして扱う例と、コントローラーとして扱う例の２種類のプログラムを製作した。
まず、ディスプレイとして扱う例である。

図７ Arduino開発環境

数値が羅列されたデータファイル(CSVファイル)をドラッグアンドドロップで読み

３-３ ソフトウェア
今回の研究では簡単なプロトタイプとなるものを開発することを目標にした。そこ

込み、グラフを描画した後にハードウェアとUSB通信をしてハードウェアへ情報を送る、というものである。

で、私はProcessing(図８)と呼ばれる開発もう一方は、音楽ファイルをドラッグア環境を用いた。これは、MITのメディアランドドロップで読み込み、再生/一時停止やボで研究開発されていたJava言語ベースの音量をボールの握り具合でコントロールす開発環境である。

るというものである。

４.研究結果完成したハードウェアを図９に、動作中

のソフトウェアの様子を図 10 に、また、２

結果的に、完成したインタラクションボつを同時に動作させている様子を図 11 にールは直径が 5.5 cm となった。ボールから示す。

出ている USB ケーブルを PC に接続することで使用することができる。
ソフトウェアは、データがどれだけあるかに関わらず、すぐにグラフを描画できるものにすることができた。また、USB 接続されているハードウェアと連携させることでグラフの数値データをハードウェアの状態変化に表すことができる。また、ボールを握ることで描画されたデータを初期化し、新たなデータを読み込ませることができる。

図９ インタラクションボールしかし、多少動作が不安定なため、改善する必要性があると考えられる。
一方で、音楽ファイルを再生するプログ
ラムは、ライブラリの操作が複雑だったた
め、今回は断念した。しかしながら、この研究において製作したハードウェアはコントローラーとして使えることが確認できた。

５.考察
図 10 動作中のソフトウェア

今回の研究では、単なる数値データや音楽などのメディアファイルを、従来とは異なる方法で表現する方法を模索し、実際にプロトタイプを開発するまで進めることができた。２節(研究の背景と目的)でも述べた通り、これまで世界中で様々な「直感的な操作が可能な」デバイスが開発されてきた。
これらはすべてタッチパネルなどを搭載し、マウスやキーボードをオンスクリーンにしたり、マルチタッチ操作を行えるようにな

図 11 動作中の様子っている。よって、確実に従来のPCよりも操作性は向上している。しかし、私は操作性も重要だが、いかに人々が情報を素早くたり、作業をしたりすることが可能になる捉えられるかも重要であると考えた。つまのではないかと考えている。

り、画面上の情報に直接触れて操作できることも重要だが、その情報がより自然な形

７.参考文献で、素早くユーザーが認識できなければ意[1] Processingオフィシャルサイト

味がないということである。今回の研究にhttp://processing.org

おいて、物体として存在しなかった情報を[2] Arduinoオフィシャルサイト

視覚的に見て、触れられるデバイスにでき

http://www.arduino.cc/

たことは大きな成果であったと考えている。 [3]「Built with Processing デザイン/アートのためのプログラミング入門」田中孝

６.今後の課題
今後、最優先にすべきなのは、アプリケーションを増やすことである。今回試作したのは数値データを可触化するアプリケー

太郎、前川峻志 著、BNN出版 (2010)[4] MIT tangible media groupオフィシャ
ルサイト
http://tangible.media.mit.edu/

ションと音楽を操作するアプリケーションであった。しかしながら、現時点において、音楽を操作するアプリケーションはまだ動８.謝辞
今回の研究を行うにあたり、本校サイエ作できていない。さらに応用例を増やして、ンス研究会物理班顧問の米田先生には、どういうシーンでインタラクションボール様々なアドバイスをいただきました。また、が使えるのかを研究していきたい。

同研究会物理班のメンバーには、研究のサ

また、今回の研究ではボール上のハードポートをお願いしました。さらに、㈱国際ウェアを開発したが、今後スケールアップ

電気通信基礎技術研究所の野間春生さん、してハードウェアを製作することを考えて

多田昌裕さん、吉田俊介さん、特許庁の久々いる。具体的には、アクチュエータやセン

宇篤志さんには研究に関するご助言をいた

サの数を増やし、さらに高度な動きや状態

だきました。

変化を起こせるようなハードウェアにすれば、ボールだけではない新たなデバイスを開発できると考えている。さらに、インターネットに接続することも考えている。例
えば、手の形をしたデバイスをインターネットに接続しておけば、同じ職場で働く人同士でも、地球の裏側にいる人同士でも、リアルタイムに同一の現実空間で仕事をしこの場を借りて、お礼申し上げます。