ソレノイドを利用した動的触覚呈示デバイスによる音楽演奏インタフェースの提案
金井隆晴†

菊川裕也† 鈴木龍彦†

馬場哲晃†

串山久美子†

著者らはソレノイド機構によって上下運動をする円柱状の可動ユニットを利用した 箱型の動的触覚呈示デバイス「PocoPoco（ポコポコ）」を制作している．PocoPoco は上面に手をかざすことで主に触角のみで情報の入出力ができるデバイスである．このデバイスは様々な用途で汎用的に使用できるインタフェースであるが，本稿では音楽演奏インタフェースとして用いることを提案する．

A Proposal of Musical Interface
On a Dynamic Tactile Sensation Device
Takaharu Kanai†

Yuya Kikukawa†

Tetsuaki Baba†

Tatsuhiko Suzuki†

Kumiko Kushiyama†

We developed a box-shaped device “PocoPoco” which controls the movement of columnar units with built-insolenoid actuator, and gives users dynamic tactile sensations using them. PocoPoco is an input/output device which can beused without visual information, because it can indicate all input/output information through the dynamic tactile sensations.
This device is a versatile interface which can be used in various situations. In this paper, we propose to use it as a musicalinterface.

1．はじめに案する．またこの用途で用いるアプリケーション

著者らはこれまで触覚呈示を利用した装置を開を「Poco Sequencer(ポコシークエンサ)」とし，そ発してきた 1)2)3)．その中で，ソレノイド機構をれについても紹介する．このアプリケーションでは利用した動的な触覚呈示が可能な入出力デバイス

インタフェースのそのものが動くことにより，音楽を制作している．今回はそこでの知見を利用し，ソ演奏に視覚情報，触覚情報を付加することができる．

レノイド機構を有したユニットをマトリクス上に2．関連研究配し，触覚呈示に重点を置いたインタラクションを状況に応じて形状が変化するインタフェースと行うデバイス「PocoPoco（ポコポコ）」を提案する．

いう点で G.Michelitsh ら 5) が行った「Haptic

PocoPoco は汎用的な用途を想定したデバイスで玩

Chameleon」や，中谷ら 6) の「Pop Up!」などの研具や様々な入出力インタフェースとしての利用が究がある．Haptic Chameleon ではボリューム操作考えられる．

やトラック操作等の入力要望に応じてつまみ式イ

著者らは過去に，PocoPoco を使用したアプリケーンタフェースの形状が変化する．
「Pop Up!」では形ションとして健常者と視聴覚障害者が一緒に遊ぶ状記憶合金を利用した動的な触覚ディスプレイをことが出来るゲーム「PocOthello(ポコセロ)」の提実現している．マトリクス上に配置された各々の物案を行った 4). これは本デバイスを共有玩具とし体の高さが制御できるという点で，本研究においてて用いる提案である． 本稿では PocoPoco を音楽演類似しているが，突出の高低差や即時性，入力機構奏用のインタフェースとして使用す ることを提に関する点が異なる．

________________________________________

著者らが以前に制作した「Emerging Keys」では† 首都大学東京大学院システムデザイン研究科

底面に磁石がついたキーが電磁力によって浮き上Tokyo Metropolitan University Graduate School of System Design

がり，凸部を表現することできる．つまり凹凸によ情報処理学会 インタラクション 2011って視覚と触覚に情報を伝える出力装置としての3.2 ソレノイドユニットの制作機能を持ち，同時に下部にスイッチを備えることに

PocoPoco のハードを設計する上で，最も重要により入力装置としての機能を持つ．またこのデバイなるのはソレノイドユニットの部分である．今回

スは用途によって，突出するキーが変動し，ユーザ提案するインタラクションでは，スイッチを押すに使用しやすいキー配置を提供することが出来た．

独自機構や，その動作のデザインが必要となるた

し かし今 回の 我 々 の 目 的 に 対 し て は ， Emerging

め，市販のソレノイドでは代用が困難であった．

Keys のキーは数が多く(10 行×6 列)，キー同士のそのため，ソレノイドを自作した．

間隔は 50mm と広いため，触覚のみで一度に全体の(1) ソレノイドユニットの構造凹凸を認識するのは困難であった．そこでデバイス

ソレノイドユニットは大きく分けて，可動部の制作においては両手をかざすことで感知可能なと土台部から出来ている(図 3)．可動部の底大きさに設計し，4 行×4 列の円柱状可動ソレノイにはリング型ネオジム磁石が取り付けられてドユニットを 35mm 間隔に配置することにした．

おり，土台部はエナメル線が巻かれソレノイ

3． 実装ドの役割を果たしている．ソレノイドに電流

3.1 PocoPoco のシステム概観

が流れることで，ネオジウム磁石が反発力をPocoPoco の外観を図 1 に，PocoPoco のシステム受け，可動部が浮き上がる．またソレノイド構成を図 2 に示す．16 個のソレノイドユニットはユニットの下にはタクトスイッチが配置して各々が独立してマイコンに接続され，可動部の動きあり，ソレノイドユニットを上から押すことが制御される．

で，可動部の底から伸びた棒状のパーツがス

また各ソレノイドユニットの下にはタクタイルイッチを押す構造となっている．

スイッチがマトリクス状に配置されており，ユーザが可動部を押すとスイッチも押される仕組みになっている．この入力機構によりインタラクティブな動作を可能とした．デバイスの仕様については表 1に示す．

図 2 PocoPoco のシステム構成(2) 材質の検討
ソレノイドユニットの大部分は ABS 樹脂で形成されている．ただし可動部を収容する筒の部分(図 3 参照)はアルミニウムパイプを使用した．当初は筒の部分も ABS 樹脂で作成したのだが，ABS 樹脂の場合，可動部が上下移動する際にバネ運動してしまった．アルミニウムは常図 1 PocoPoco の外観

磁性の金属であるため，アルミパイプの中をネオジム磁石が移動すると，逆向きに電磁力が生ソレノイドを利用した動的触覚呈示デバイスによる音楽演奏インタフェースの提案

じて，等速運動に近い動きとなる．この逆向4.Poco Seqencer(ポコシークエンサ)

きの力によって，樹脂素材を使用した際に見られたバネ運動が見られなくなった．この動きがソレノイドユニットの上下運動をコントロール

我々が意図していた動きに近いという理由か可能な PocoPoco の特色を活かした新たなリズムシら，筒の材質をアルミニウムに変更した．

ークエンサアプリケーション「Poco Sequencer（ポコシークエンサ）」提案する．

表 1 PocoPoco の仕様
動作電圧12V

最大電力

60W

筐体寸法

寸法 205x205x100(WxDxH)mm

総重量1100g

筐体材質

シナベニヤ

ソレノイドのピッチ35mm

可動部の上下動の差10mm

可動部重量5g

コイル巻き数

500 回ソレノイドユニット材質ABS 樹脂，アルミニウム

4.1 概要
Poco Seqencer は PocoPoco を利用した音楽演奏用アプリケーションである．演奏者はソレノイドユニット(以後、このソレノイドユニットのことを Pocoと呼ぶ)のスイッチのon / off を選択することで一定周期の自動演奏を繰り返すリズムシークエンサの演奏音を操作することが出来る．16 個の Pocoはそれぞれシークエンサの演奏する一小節の音楽の 16 分音符に対応しており，スイッチが on になっている Poco は所定のリズムで上下運動を行い，同時にそれに対応する音源が再生される．
4.2 システム処理の流れ

図5
図 3 ソレノイドユニットの外観(左：土台部，右：可動部)

Poco Seqencer 入出力図

Poco Sequencer はリズムに合わせて Poco を上昇させ同時に MIDI out から MIDI note on のメッセー
ジを伝達する．
コンピュータソフトウェア MAX / MSP
は各 MIDI インタフェースからのメッセージを受け取り音源再生用の DAW ソフトウェア，Logic pro に送る中継の役割と，複数台の PocoPoco の MIDI inに対して同時に同一の MIDI メッセージを送ること
で PocoPoco がリズムを同期させるための役割を担

図 4 ソレノイドユニットを構成する部品の断面図(上：土台部，下：可動部)っている．
MAX / MSP から MIDI メッセージを受け取った
Logic Pro は各 MIDI チャネル，MIDI ノートに対応した音源を再生する．

情報処理学会 インタラクション 2011

4.3 複数台での合奏

参考文献

前節のシステムにより MIDI を介してコンピュー
タと複数台の PocoPoco を接続しリズムを同期させ[1]た合奏を行うことができる．MIDI チャネルの割り

K., Kitazawa, T., Tamura, M., and Sasada, S. 2006.

振りによってデバイスごとに別々の音色を設定す

Thermoesthesia: about collaboration of an artist and a

ることができ，様々な楽器音やサンプリング音源をscientist. In ACM SIGGRAPH 2006 Sketches (Boston,利用した多様な合奏が可能である．

Massachusetts, July 30 - August 03, 2006). SIGGRAPH

4.4 同時押しによる MIDI チャネル切り替え'06. ACM, New York, NY, 142.

デバイスの入力は Poco の下に配置された 16 個の[2]Kushiyama, K., Inose, M., Yokomatsu, R., Fujita,

Kumiko Kushiyama, Shinji Sasada「Fur-Fly Art

スイッチのみである．
故に一つずつの Poco の on ／GalleryACM SIGGRAPH2009,2009-8 Leonardo

off

Journal August 2009

を切り替えるだけでは 16 個の音源を再生する／しないという単純な指示しか出せない．そこで複[3]数個の Poco が同時に押されたことを認識し別の音Emerging keys: interactive electromagnetic levitation

色に切り替えるプログラムをつくり(MIDI チャネ

keys. In ACM SIGGRAPH 2008 Posters (Los Angeles,ルを切り替える)，一つのデバイスで実質的に 16 個

California, August 11 - 15, 2008). SIGGRAPH '08.

×16 チャネルの on / off を使った演奏を可能にしACM, New York, NY, 1-1.

た．

[4]

4.5 合奏パフォーマンス

“著者らは３台の PocoPoco を制作し、インターカ

Baba, T., Ushiama, T., and Tomimatsu, K. 2008.

金井隆晴, 菊川裕也, 馬場哲晃, 串山久美子.
ソレノイドを利用した動的触覚呈示が可能な「あそび」の提案 . エンターテインメン

レッジ・コンピュータ音楽コンサート 2010（2010

トコンピューティング 2010, 2010.

年 12 月，主催：インターカレッジ・コンピュータ[5]

音楽実行委員会）においてこの合奏システムを利用

B., and Rapp, S. 2004. Haptic chameleon: a newした３人の演奏者による合奏パフォーマンスを実concept of shape-changing user interface controls with施した．

force feedback. In CHI '04 Extended Abstracts on

5.今後の展望5.1 Poco の上下位置情報,回転情報の取得
PocoPoco を楽器としてみた場合，現在の時点でMichelitsch, G., Williams, J., Osen, M., Jimenez,

Human Factors in Computing Systems (Vienna, Austria,April 24 - 29, 2004). CHI '04. ACM, New York, NY,1305-1308.

は Poco の動きと出力される音の関係は，Poco のス[6]トロークが音に同期しているだけである．この点をKawakami, N., and Tachi, S. 2004. Pop Up!: a novel

踏まえて，上がってくる Poco を掴んで上下に揺る，

technology of shape display of 3D objects. In ACM

回転させるなどの動きを PocoPoco が検知すること

SIGGRAPH 2004 Emerging Technologies (Los Angeles,

でより幅広い入出力を行うことを検討している．

California, August 08 - 12, 2004). H. Elliott-Famularo,

5.2 光のインタラクション

Ed. SIGGRAPH '04. ACM, New York, NY, 21.

モードの切り替わりやデバイスの動きに合わせて，Poco が光によって色情報を提示できる機能を検討している．

Nakatani, M., Kajimoto, H., Sekighuchi, D.,