情報処理学会 インタラクション 2019
IPSJ Interaction 2019

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洗濯ばさみによる疑似力覚生起現象を再現するデバイスの予備的検証
宮上昌大†1中村拓人†1,2

梶本裕之†1

概要：洗濯ばさみを指に挟むと疑似的な力覚が発生する現象が知られている．本現象は指に対して掌側から洗濯ばさみを挟むと屈曲方向に牽引感を感じ，甲側から洗濯ばさみを挟むと伸展方向に牽引感を感じる．本稿では洗濯ばさみ現象を再現したデバイスを作成し，疑似的な力覚の生起頻度を確認することでヒューマンインタフェースへの応用可能性を示す．

1. はじめに人が指で触れた物体の硬さや大きさ，質感といった触力覚情報をバーチャルリアリティ（VR）空間で再現するための手法が提案されており，手に装着する外骨格型デバイス[1][2]や把持型デバイス[3][4]などが挙げられる．しかし多くの手法は装置が大型で複雑化しやすいという問題がある．

図 1

洗濯ばさみによる疑似力覚提示

現在，省エネルギーかつ簡便に力覚を提示するために錯覚（a）甲側から洗濯ばさみを挟むと伸展方向に，（b）掌側現象を利用することによる力覚提示手法が複数提案されてから洗濯ばさみを挟むと屈曲方向に疑似力覚を感じるいる．指先の皮膚へ圧迫等による圧迫刺激を行うことにより疑似的な力覚を提示する手法が提案されている[5][6][7][8]．これらのデバイスは VR 空間において触覚を2. デバイス設計提示するという目的に対しては好適である．一方で実空間

2.1 洗濯ばさみの動作

での AR 的な応用を考えると指腹を完全に覆うこうした手本現象を再現するため我々は洗濯ばさみの動きに着目し法は指腹の現実の感覚を阻害するという課題を持つ．指のた．本現象のメカニズムは完全に解明されているわけでは中節や基節付近にデバイスを装着する触覚提示手法[9][10]ないが，洗濯ばさみを挟んだ際に特定方向の皮膚変形が生も提案されているが，いずれも力覚提示というよりは方向じていることが確認されている（図 2）．先行研究として指知覚を解釈可能な皮膚感覚を提示するものであった．筋電の皮膚をせん断変形させることによって姿勢錯誤が誘発さ

気刺激でも疑似力覚を指先に提示する手法[11][12]は提案れることが知られている[14]．また腱への機械刺激によっされており，これらは指先を覆うことなく疑似力覚を提示て感覚神経が刺激され，運動感覚が生じることも知られて可能な手法であるが，電気刺激は皮膚のインピーダンスにいる[15]．我々は本現象にはこれらの一部ないし全体が関よって刺激強度が変化してしまうという実用上の課題があわっていると考えている．そこで本現象を再現するにあた

る．って，指に対してある一定以上の強さの圧迫提示を行い，我々は洗濯ばさみを指に挟むことにより疑似的な力覚がそれによって皮膚の変形を生起させることとした．

生起可能であることを発見した[13]．本現象は指に対して圧迫位置に関しては，前報の実験の結果に対して今回掌側から洗濯ばさみを挟むと屈曲方向に牽引感を感じ，甲Kruskal-Wallis 検定および Dunn-Bonferroni 検定 による多側から洗濯ばさみを挟むと伸展方向に牽引感を感じる（図重比較を行った結果（図 3），指の中節部分が本錯覚現象に1）．我々は洗濯ばさみを指のどの部位に挟むと伸展方向ととってもっとも効果的な部位であることが判明したため，屈曲方向に疑似力覚が生起するかを確認した．この結果か中節を用いることとした．洗濯ばさみの圧迫強度に関して

ら指腹を覆うことなく指に対して疑似的な力覚が生起可能

は 5 kgf まで計測可能なばねばかり（SANKO 社）を使用しであることが確認された．本稿では洗濯ばさみ現象を再現て予備的に計測を行った．洗濯ばさみの片方の圧迫部位をしたデバイスを作成し，疑似的な力覚の生起頻度を確認す固定し，もう片方の圧迫部位を想定する指の直径の長さまることでヒューマンインタフェースへの応用可能性を示す．

でばねばかりで牽引した．本計測は筆者の人指し指の中節†1 電気通信大学 大学院情報学専攻†2 日本学術振興会 特別研究員© 2019 Information Processing Society of Japan332情報処理学会 インタラクション 2019
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2019/3/6（直径 1.5cm 程度）に対して行った結果，約 2kgf 程度の圧に対して 2 つの圧力センサを挟み込み，その上からデバイ迫力で指を挟んでいることが分かった．

スを装着，空気圧アクチュエータにより圧迫を行う．その結果，約 1.2kgf 程度の圧迫強度で指を挟んでいることが分かった．洗濯ばさみの場合と比べると十分に強いとは言えないが今回はこの強度で実験することとした．また圧迫を行わない場合には約 640g 程度の圧迫強度で指を挟んでいることが分かった．本デバイスでは伸展方向に力覚を提示する場合は甲側に，屈曲方向に力覚を提示する場合は掌側

図 2

洗濯ばさみの圧迫により生じる皮膚変形

甲側から挟むと伸展方向に，掌側から挟むと屈曲方向に皮にデバイスを装着し，空気圧アクチュエータを駆動することで皮膚を変形させる（図 5）（図 6）．

膚変形が生じている

図 3

人指し指における洗濯ばさみ現象の生起頻度の確認

指を A~E の 5 つの部位に分け，各部位に対して甲側と掌側からそれぞれ洗濯ばさみを挟む．被験者は感じた力覚と

図 4

デバイス構成主観的な指位置についてそれぞれ 7 段階リッカートスケー
ルで回答するよう指示した．
2.2 デバイスによる現象の再現
デバイスを設計するにあたって，指に装着するため実空間でのタスクに影響を及ぼさないように軽いことが望まれる．そのため指を圧迫するアクチュエータは可能な限り軽いものを選定する必要がある．今らは空気圧アクチュエー
タ（空気圧によって膨張し皮膚を圧迫するバルーン）を使用し，頭部または腰部に対して圧迫及び皮膚変形を提示す

図 5

甲側からデバイスを装着した時の様子ることで疑似力覚が提示可能であることを報告している

空気圧アクチュエータを駆動させた際に皮膚が甲側に寄せ[16][17]．本デバイスではこの機構を使用し，外枠であるア集まるように変形している様子が観察される

ルミフレームと内枠であるステンレス板の間に軽量な空気圧アクチュエータを設置した．空気圧アクチュエータを駆動することによりステンレス板が内側に駆動し，指に対して圧迫及び皮膚変形提示を行う（図 4）．空気圧圧迫に使用するバルーンの大きさは縦 20mm×横 20mm であり，ソレ
ノイドバルブ（SC415GF 6.0V, SEJOO MOTION 社）によりエアーモータ（SC3710PML, SEJOO MOTION 社）からの空気供給を 700ms，空気開放を 300ms と設定した．空気開放を行うことにより洗濯ばさみで挟んだ瞬間のインパルス的な力覚提示が可能であり，加えて順応を防ぐことが期待さ

図 6

掌側からデバイスを装着した時の動作れる．輪ゴムでデバイスと指を外れないようにし，圧迫時，空気圧アクチュエータを駆動させた際に皮膚が掌側に寄せ痛みを抑えるためステンレスの内側にスポンジを貼り付け集まるように変形している様子が観察される

た．
本デバイスの圧迫強度を圧力センサ（感圧センサ（円形・小），SWITCH SCIENCE 社）を用いて計測した．人指し指© 2019 Information Processing Society of Japan333

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っ た 結 果 ， 主 効 果 が 確 認 さ れ た （ 𝑥𝑥 2 (2) = 160.736, p <3. 予備実験
3.1 実験概要
本実験では作成したデバイスによって洗濯ばさみ現象と同様の現象が生じるかを確認するとともに，生じた力覚によって指をどの程度動かされているように感じるかを検証

0.001）．Dunn-Bonferroni 検定 による多重比較の結果，Back(Air)-Back(None) 間，Palm(Air)-Palm(None)間等においてそれぞれ有意差が見られた. この結果より，空気圧圧迫を行うことで被験者が伸展方向と屈曲方向にそれぞれ力覚を感じることが確認された．

した．

図 9 に被験者が感じた指の主観的な姿勢位置について

3.2 実験条件
被験者は男性 10 名(21~28 歳，全員右利き)で，実験中は閉眼させ，ヘッドホンによって外部音を遮断した．被験者には感じる力覚に対して抗わないように指示を行った．また，デバイスは洗濯ばさみ現象が最も効果的に生起する中節部位に装着した．空気圧圧迫によって本現象が再現されたかを確認するためにデバイスを指の甲側に装着して空気圧圧迫を提示する/しない条件，掌側に装着して空気圧圧迫の実験結果を示す．縦軸は被験者が回答した指の主観的な姿勢位置，横軸は刺激条件である．Kruskal-Wallis 検定を行っ た 結 果 ， 主 効 果 が 確 認 さ れ た （ 𝑥𝑥 2 (2) = 104.079, p <0.001）．Dunn-Bonferroni 検定 による多重比較の結果，Palm(Air)-Palm(None)間等においてそれぞれ有意差が見られた. この結果より，空気圧圧迫を行うことで被験者が屈曲方向に指が動いているように感じることが確認された．

を提示する/しない条件の 4 つの刺激条件を設定した．
3.3 実験手続き
被験者は図 7 のように肘置きに右の前腕を置き，実験担
当者が被験者の人差し指の中節部位に対してデバイスを装着した．デバイス装着後は実験担当者がホワイトノイズを提示し，それを刺激開始の合図とした．被験者には感じた
力覚と指の主観的な姿勢位置について 7 段階リッカートスケールでそれぞれ回答させた．感じた力覚では 4 を”どちらも感じない”とし，7 を甲側に，1 を掌側に力覚を感じるとした．指の主観的な姿勢位置では 4 をデバイスを装着して

図 8いない状態の位置とし，7 を甲側に，1 を掌側に指があるよ

感じた力覚についての回答結果うに感じるとした．回答後は実験担当者がホワイトノイズを停止し，被験者の人差し指からデバイスを脱着し，再度特定の向きでデバイスを装着した．これを各条件 5 試行ずつ，合計 20 試行行った．条件を提示する順番はランダムで決定した．

図 9

指の主観的な姿勢位置についての回答結果

4. 考察
図 7

実験中の様子

3.4 実験結果
図 8 に被験者が感じた力覚についての実験結果を示す．
縦軸は被験者が回答した主観的な力覚強度，横軸は刺激条件である．横軸の Back および Palm はデバイスの装着を手の甲側から行ったか，掌側から行ったかを示し，Air は空気圧圧迫を行ったことを示している．Kruskal-Wallis 検定を行

© 2019 Information Processing Society of Japan

実験結果より空気圧圧迫によって被験者が伸展方向及び屈曲方向への力覚提示を知覚することが有意に確認された．
一方で主観的な指の姿勢位置に関しては，伸展方向に指が動かされたという感覚は有意に確認されなかった．これは指の脱力時の姿勢位置から伸展方向への駆動可能角度と屈曲方向への駆動可能角度が同じではないことが原因として考えられる．人間の指の脱力時の姿勢位置は掌側よりも少し甲側の方向に位置するため，この位置の差が駆動のし辛さを引き起こしたのではないかと考える．そのため指を脱334

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力時の姿勢位置からより屈曲方向へ曲げた状態で空気圧アクチュエータを駆動させるとより疑似力覚を知覚しやすくなり，指が動かされたという感覚が生起されると期待される．これを予備的に検証するため，伸展方向への力覚や指の移動感を弱く感じたという被験者に対して実験終了後に空気圧圧迫中に指を能動的に屈曲方向に駆動するように指示した．その結果，受動的な知覚と比較して伸展方向への力覚が分かりやすいというフィードバックがあった．そのため VR 空間上で物体を把持するなどの能動的運動をさせる状況下で本デバイスを駆動させることで力覚の知覚が容易になると期待される．

5. おわりに
本稿では被験者に対して洗濯ばさみを利用した疑似力覚生起現象を再現した空気圧圧迫デバイスが有効であるかを検証した．その結果，空気圧圧迫中によって被験者が伸展方向及び屈曲方向への力覚提示を知覚することが有意に確認された．一方で主観的な指の姿勢位置に関しては屈曲方向にのみ指が動かされたという感覚が生じた．また，本稿で作成したデバイスの圧迫強度は洗濯ばさみの圧迫強度より小さいが被験者に対して力覚提示を行うことが可能であることが確認された．
今後はデバイスの改良とともにデバイス装着時の指を能動的に動かす条件下における洗濯ばさみ現象の生起頻度を検証する．
謝辞

本研究は JSPS 科研費 JP18H04110 の助成を受けた

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ものです

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