情報処理学会 インタラクション 2020
IPSJ Interaction 2020

3B-26
2020/3/9

静電容量センサを用いた触覚を誘発する電球の提案
岡戸雄一郎†1倉橋桜菜†1 志村優斗†1 水島涼介†1 栗原渉†２ 串山久美子†２

概要：人間の感覚のうち触覚に関するデザインは多く存在するが,その多くは触覚を利用したデザインであることを意識せずに制作されているものが多い. そこで筆者らは手触りやデバイスへのジェスチャ入力に重きをおいた触覚のデザインとして日常的に見かける電球の形に注目した.本稿では,静電容量センサを用いた触覚を誘発する電球として,センサ機能を持つ電球の実装と素材,ユーザーシナリオについて検討した.

1. はじめに3. 提案手法

人間の感覚のうち触覚に関しても多くのデザインが存在

本研究では,触覚を促すために電球の曲線美のある形状にするが,その多くは触覚を利用したデザインであることを加えて,デバイスとその操作行うスイッチという機能を一意識せずに製作されているものが多いと言われる[1].近年,体化して,電球自体にスイッチ機能を組み込むことで,入出触覚に焦点を当てたデザインに関心が集まっている[2].し力が可能なデバイスを考えた.そのためデバイスへの細かかしリモコンやスマホ一つで家電の操作ができてしまい,なジェスチャ入力を検出するために静電容量センサを用いその一連の動作には家電と人との触覚は欠落している傾向

る.また電球部分には,ガラス以外の素材を用いることでガがある. 日常の生活環境において通常は,あまり触ることのラスの破損による怪我や火傷などの危険を防止し安全性をないものを素材の変化や機能を持たせることで,思わず触高める.素材には,木や和紙といった手に馴染みやすい素材りたくなり愛着がわくものを検討した.そこで,筆者らは手のものから,形状変化や量産性のあるゴムやプラスチック

触りやデバイスへのジェスチャ入力に重きをおいた触覚のなどを検討した.本来ガラス素材である電球を新たな素材デザインとして日常的に見かける電球の形に注目する.本で製作することで触覚的だけでなく視覚的にも,ユーザー

稿では,静電容量センサを用いた触覚を誘発する電球を提にとって未知の体験となる.また電球はユーザーのジェス案する.センサ機能を持つ電球を実装し,素材やユーザーシチャのイメージに則したフィードバックをすることで,既ナリオについて検討した.

存のインターフェースでは実現できなかった直感的かつ繊

2. 関連研究

細な入出力を可能とする.

本 研 究 で 用 い る 静 電 容 量 セ ン サ の Touché は Swept

4.プロトタイプの実装

Frequency Capacitive Sensing (SFCS: 広範囲の周波数帯での4.1 センサ機能を持つ電球の実装

静電容量計測)を行うことで,ほぼすべての物体でジェスチ

本研究ではジェスチャ取得のため,前述の Touché System

ャ入力を可能とするセンシング技術である.またこの技術を 簡易的な電子回路で再現した.実装には Arduino とを応用した関連研究の一つに Food Training[3] というもの

Processing を使用した. システムは図１のようになっておがある.触り方によって人の体に流れる電流の通り道は変り,ジェスチャ検出回路ではコンデンサーとダイオードを化し,それぞれ異なる周波数パターンを持っている.これを組み込み,静電容量計測を行う.これにより Touché Systemあらかじめ学習させておくことで,１つのセンサでどのよに予め様々な方法でジェスチャ入力をした時の値を学習さうに触れているかを把握できる.これを応用し,電球へのユせることで,指一本でデバイスに触れた時と手の平で掴んーザーの様々なジェスチャ入力を識別することを可能にすだ時などのわずかな値の差異を識別する.図 2 に示すようる.また同じような入力センサを用いたインターフェースに電球を仮定したプラスチック容器で実験してみた.図 2として,与羽らの静電容量センサを利用した直感的な入力

左図は電球を手のひらで握ったという想定で,右図は人差を 可 能 に す る 音 楽 演 奏 イ ン タ フ ェ ー ス [4] や 山 田 ら のし指で軽く触れた想定であり,両図の画面上のグラフを見Cubesizer[5]などが挙げられる.本研究との違いは,これらはると僅かではあるが差異が検出できている.これらの差異

ユーザーのデバイスへの動作によって音に着目したフィーを電球のそれぞれのフィードバックに結びつける.また電ドバックがされるが,本研究のデバイスでは電球の点消灯

球内部に水分を加えることで静電容量センサの反応精度をや明るさ,光の色などといった視覚に特化したフィードバックに繋がる点である.

†1 首都大学東京†2 首都大学東京

システムデザイン学部
システムデザイン研究科© 2020 Information Processing Society of Japan899

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2020/3/9向上させ,より繊細なジェスチャ認識を可能とした.

図１

図２

表１

ジェスチャ入力とフィードバックの対応例

システム図

図4

プロトタイプの様子

ジェスチャ入力とフィード

5.2 展望4.2 素材の検討
本研究では 3D モデリングソフトを使用してゴム製,木製,今後の展望として,まず日用品として利用可能にすること

紙製,プラスチック製とモデルの表面に異なる素材を適用を目指す.デバイスとそのスイッチという関係を統合して,し,電球の外観と触覚の検討を行った.ゴム製の電球は,外観ユーザーの直感的な照明の操作を可能にして,利便性を高はガラス製とさほど変わりないが,弾力性のある手触りで,める.そのためには,ジェスチャ認識の幅をより広げる必要

形状維持と光透過性に欠ける.和紙と布生地はガラス素材がある.また電球に直接触って照明の点消灯を日々行うことは違った独自の外観や手触り感があるが,耐久性がなくとで愛着がわくように形状や大きさ,素材はさらなる検討

形状維持が困難なため ABS 樹脂で出力したものの表面にを進める.また,プロトタイプでは電球内に水を含ませてい素材を貼る形で検討している.また 3D プリンターを使用しることで,安全面に懸念があるためシステム的にも改善のて木製,プラスチック製で実際に大きさの異なる電球を出余地がある.

力した. ABS 樹脂や PLA 樹脂は鑢を掛けることで滑らかにまた今後の展示やインスタレーション作品への応用をなり,表面を薄く出力することで,光透過性もある.木製は,目指す.展示では電球の数や素材の種類を増加させ,それぞ

手触りも良く点灯した時に木材の味が出るが,水分を電球れに違ったジェスチャ入力とフィードバックの関係を持たに加えるシステムでは実装が難しい. 素材の検討に用いた

せる. インスタレーション作品では,ユーザーが様々なジ木製の３D データと実際に出力した電球を図３に示す.

ェスチャ入力を試行錯誤することで,素材やジェスチャ入力にあった色や光り方をし,電球から想起される閃きの体験の実現を目指す.しかし,周りの環境に左右されたり,人によって誤差が生じたりするため,あらかじめキャリブレーションする,ノイズを取り除くといった必要がある.

参考文献
図３

素材の検討

[1]

・5. ユーザーシナリオ[2]

5.1 使用方法
まずユーザーは電球を見てスイッチという概念を持たな[3]

いが,実際に電球部に触れることで電球が様々な動作をすることを理解する.ユーザーの電球へのジェスチャ入力と電球からのフィードバックの対応例を表１にまとめる.

[4]

様々なジェスチャ入力をすることで, 電球の素材感や形状を実感し,光を直感的につけたり消したりできる.実際に手全体で包み込む,一本指で電球に触る,二本指でつまむなど[5]

Kwok Misa Grace , デザインと触覚 「デザインする触覚」と「デザインされる触覚」, 日本人間工学会触覚イン
タラクション研究部会, Vol44, p. 54-55, (2008)
穂鷹知美. ハプティック・デザイン 〜触覚を重視した新たなデザインの志向〜https://jneia.org/160109-2/(参照 201912-23)
Munehiko Sato, Ivan Poupyrev and Chris Harrison: Touch:
Enhancing Touch Interaction on Humans, Screens, Liquids, andEveryday Objects
与羽翼, 串山久美子, 馬場哲晃. 静電容量センサーを利用した直感的な入力を可能にする音
楽演奏インタフェースの提案, (2015)
山田敦紀, 阿部千晴, 亀井壱弥, 栗原渉, 串山久美子
Cubesizer: 直感的な音色操作を可能にする３D ユーザーイ
ンターフェースの提案, (2019)のジェスチャ入力をした時の電球の光り方を図４に示す.

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