情報処理学会 インタラクション 2017
IPSJ Interaction 20173-508-39
2017/3/2

日用品を駆動対象とした電磁石ツールキットの提案
道貝 駿斗1,a)

新山 大翔1,b)

沖 真帆1,c)

塚田 浩二1,d)

概要：近年，電磁石をアクチュエータとして利用したインタラクションに関する研究が盛んに行われている．しかし，これらの研究の多くは，大規模な電磁石制御装置を用いて専用の磁性体を動作対象とするため，様々な場面で柔軟に応用させることは難しい．本研究では，電磁石による制御対象として，金属製の食器や工具などの日用品に着目した．こうした磁性を持つ日用品を電磁石で駆動させることで，日常生活の中での新しい情報提示手法や，エンターテイメントとしての応用に繋がる可能性がある．本研究では，電磁石で日用品を駆動させるための電磁石デバイスツールキットを提案し，そのプロトタイプを作製した．

Electromagnet Toolkit to Activate Daily Commodities
Dogai Hayato1,a)Niyama Hiroto1,b)

Oki Maho1,c)Tsukada Koji1,d)Abstract: Recently, many interactive systems using electromagnets have been proposed. However, thesesystems have diﬃculties to be used in daily environments since most systems require large number of electromagnets and special ferromagnets. We focus on ferromagnetic daily commodities (e.g., tableware and tools)
and try to actuate them using electromagnets. In this paper, we propose an electromagnet toolkit to actuatedaily commodities and develop a prototype.

1. 背景

本研究では，電磁石で駆動する対象物として，「日用品」に着目した．日用品の中には，スプーンやフォークなどの近年，電磁石をアクチュエータとして利用したインタ

食器類や調理器具，ドライバーやスパナのような工具なラクションに関する研究が盛んに行われている．例えば，ど，磁性を持つ物が数多く存在する．これらの日用品には，テーブルトップ状に電磁石を配置し，引力と斥力を制御す18-0 ステンレスという，サビの防止効果と磁性を併せ持つることで，テーブル上での「物体の平面移動」や「触覚提ステンレス素材が使用されていることが多い．また，これ示」などを実現した研究などが例として挙げられる [1][2]．

らの日用品は，食器掛けや工具掛けなどのような日用品をしかし，こうした電磁石をアクチュエータとして利用し収納／固定するための「固定具」と併せて使用される場合

たインタラクション研究では，大規模な電磁石制御装置をも多い．そこで，これらの「磁性を持つ日用品」「固定具」使用することを前提としてることが多いため，それに比例「電磁石」を組み合わせることで，電磁石を用いた駆動方式したスペースや電力が必要になる．また，磁力を用いた駆を日常生活に適応できる可能性があると考えた．そこで本動方式は，磁性を持つ物のみに効果を発揮するため，対象研究では，「磁性を持つ日用品」を任意に駆動するための電物が限定されてしまう．これらの問題点から，電磁石を用磁石ツールキットを提案する．

いたインタラクション手法の応用場面は限定されていた．
1a)b)c)d)

公立はこだて未来大学
Future University Hakodate, 2-116, Kamedanakano-cho,Hakodate, Hokkaido, Japan, 002-0803
g2116029@fun.ac.jp
g2216001@fun.ac.jp
okimaho@acm.org
tsuka@acm.org© 2017 Information Processing Society of Japan

2. 関連研究
本章では，本研究に関連する研究事例について「電磁石を用いたインタラクションの研究事例」「日用品にアクチュエータを組み込んだ研究事例」「デバイスツールキットの研究事例」という領域から紹介する．

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2.1 電磁石を用いたインタラクションの研究事例

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モータ／ LED ／ファン／ブザーなどのアクチュエータを電磁石を用いた研究は数多く行われているが，その中で個別に搭載したキューブ型のデバイスツールキットであも特に，テーブルトップ上に電磁石を配置／制御することり，Wi-Fi 経由での手軽な制御が可能である．Webmo[11]で，新しいインタラクション手法を提案する研究は盛んにはネットワーク経由での制御が可能な WebAPI を備えた行われている．Actuated Workbench[1] は，テーブルの内ステッピングモータである．MobiServer[12] は，多様なデ部に配置した電磁石を制御することで，テーブルトップ上バイスやツールキット群を統一して扱うためのミドルウェでの物体移動を可能にした．ProactiveDesk[2] では，テーア群である．

ブルの内部に配置した電磁石を制御し，一方でユーザの手本研究で提案する電磁石ツールキットでは，金属製の日に金属片を取り付けることで，ユーザの手に対する力覚用品を駆動することに特化している点が特徴であり，「金提示を行った．ZeroN[3] は，テーブルの上部に磁気浮上属製の日用品」に合わせて，日用品固定具と電磁石固定具装置を設置し，テーブル上に上から磁力をかけることにを設計することで，様々な日用品を駆動させることを目的

よって，三次元空間上での磁性球体の動きの制御が可能にとしている．

なった．また，テーブルトップ上以外の電磁石を用いたインタラクションの研究事例として，FluxPaper[4] がある．

3. 提案

FluxPaper は，通常の紙の裏面に磁性パウダーを薄く塗布

本研究では，磁性を持つ日用品に合わせた「日用品固定した新しい紙媒体である．この FluxPaper の応用例とし具」と「電磁石固定具」を設計することで，日用品自体に手て，壁面型の電磁石制御装置を用いることで，ホワイトを加えずに，外部から手軽に動きを与えられる電磁石ツーボード上での「移動」や「貼り付け」の制御が可能である．

ルキットを提案する（図 1）．本ツールキットを用いること

これらの研究では，電磁石を用いた新しいインタラクで，日常生活での新しい情報提示手法の提案や，日常でのション手法を可能にした一方で，独自に開発した巨大な電エンターテイメント要素の拡張などにつながる可能性があ

磁石制御装置や，それに伴った電力が必要になるため，使ると考えられる．本章では，プロトタイプのコンセプト及用場面が限定されてしまう．本研究では，デバイスの筐体びシステム構成について述べる．

設計を比較的シンプルかつモジュール化したため，日常生活の様々な場面での応用が可能になると考えている．

2.2 日用品にアクチュエータを組み込んだ研究事例
Pinwheels[5] は，地下鉄や道路などの混雑状況や，メールや株などのネット上での人々の活動量をトリガーとして，室内に設置された大量の風車を回転させることによって情報提示を行うシステムである．SyncDecor[6] は，遠隔地同士でのコミュニケーション支援を目的に，室内のゴミ箱や照明などの日用品の挙動を，遠隔地にある同様の日用品の挙動と同期させることで情報提示を行うシステムであ

図1

電磁石ツールキットの外観

Fig.1: The appearance of electromagnet toolkit.

る．Kadebo[7] は，任意の家電に装着することで，家電の動作状況に連動して駆動する小型ロボットであり，家事を楽しく行うことを目的としている．
本研究で提案する電磁石ツールキットでは，日用品自体

3.1 コンセプト
本提案のコンセプトは，以下の 3 点である．に手を加えることなく，外部から手軽に動きを与えること( 1 ) 駆動対象として日用品を利用で，日用品を利用した情報提示を行うことを目的として( 2 ) 多様な日用品に対応した固定方式の提供いる．

( 3 ) シンプルで拡張しやすい設計

2.3 デバイスツールキットの研究事例ることを目的としていることである．前述したように，日(1) は，磁性を持つ日用品を対象として，磁力で駆動させArduino[8] は，AVR マイコン／入出力ポートを備えた用品の中には，食器類や工具類など，磁性を持つものが数基板／統合開発環境から構成されるデバイスツールキット多く存在する．これらの日用品の固定具に電磁石を組み込であり，手軽にセンサやアクチュエータを扱うことができむことによって，磁力によって日用品を電磁石に「吸い付る．Phidgets[9] は，USB 経由で様々なセンサやアクチュける」という動きが可能になり，同時に，日用品が電磁石エータを扱えるデバイスツールキットであり，多様な開に吸い付けられた際の接触音を鳴らすことも可能になる．

発言語でのプログラミングが可能である．Physikit[10] は，これらのような，日用品を電磁石に「吸い付ける」という© 2017 Information Processing Society of Japan810

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駆動方法と，その際に生じる接触音を応用することで，新今回，工具を対象としたプロトタイプを設計した．以下，しい情報提示手法などに活用できると考えている．

「電磁石モジュール」「日用品固定モジュール」「ホストプロ(2) は，日用品を固定するパーツと電磁石を固定するパーグラム」それぞれの実装について述べる．

ツそれぞれをモジュール化することで，多様な日用品を対象として，それぞれの固定具の設計を行えるようにするこ

4.1 電磁石モジュールとである．これによって，様々な大きさ／長さ／形状の日電磁石モジュールは，電磁石を固定する「電磁石固定部」，用品を，それぞれ専用の固定具で固定することができたり，マイコン／モータードライバ／電磁石用コネクタなどを組デバイス自体の日常場面への設置方法や固定方法などを変み込んだ基板を搭載する「基板固定部」，及び両者の間を取更することが可能になる．また，電磁石固定具をモジューり持ち一つの立方体形式にまとめるための「接続部」の 3

ル化することで，必要に応じて組み込む電磁石の個数や配つのパーツから構成される（図 3）．

置を変更することが可能になる．

(3) は，デバイスの外観や形状を可能な限りシンプルにすることで，より日常生活の様々な場面に組み込みやすくすることである．本提案では，電磁石ツールキットを日用品とともに日常生活に組み込むことを目的としているため，壁面や机上などの様々な生活場面に柔軟に組み込むことができるような筐体設計が望ましい．また，筐体だけでなく，電磁石の操作方法も，オン／オフの切り替え周期を変化させる，というシンプルな設定とすることで，複雑さを軽減し，様々な日用品に対応できることを目指している．

図 3 電磁石モジュールの分解図（左から電磁石固定部／接続部／基板固定部）

Fig.3: The configuration of an electromagnet module.

3.2 システム構成
本研究で提案する電磁石ツールキットは，電磁石／マイコンを組み込んだ電磁石モジュールと，日用品を固定する

また，これら 3 つのパーツは，それぞれがモジュールための日用品固定モジュールから構成される．また，マイ化されているため，デバイス自体の分解／組み立てを容コン及び電磁石の操作はスマートフォン上のホストプログ易に行うことができる．電磁石は，TMN-2613S(Φ 26 ×ラムから行う．システム全体の構成を図２に示す．

15mm，60N〜175N) を使用し，電磁石固定具に 1〜2 個を固定することができる．基板上には，BLE マイコン／モータードライバ／電磁石用コネクタ／電源用コネクタを搭

連動して制御ものづくりマニュアルやレシピサービスなど

アプリケーション（外部システム）

日用品固定モジュール
電磁石モジュール

トフォンとの BLE 通信や，モータードライバを介した最連携

大二つまでの電磁石の制御を行う．モータードライバにはNJM2670D2 を使用した．また，接続部の大きさは大きさ

基礎的な制御（BLE 通信）

電磁石ツールキット載した．BLE マイコンには BlendMicro を使用し，スマーホストプログラム（スマートフォン）

約 70mm × 70mm × 25mm の立方体とし，一つの面には，BlendMicro 及び電磁石の電源ケーブルを通すための穴を空けて設計した．なお，これらの筐体は 3D プリンタを用

図2

システム構成図Fig.2: The system architecture.

電磁石モジュールには，電磁石と BLE マイコンを組み込いて ABS 樹脂で出力した．

4.2 日用品固定モジュール

み，スマートフォンとの通信を行う．スマートフォン上の日用品固定モジュールは，実際に日用品を固定する「固ホストプログラムからは，電磁石のオン／オフの切り替え定部」と，電磁石モジュールと結合する「接続部」の２つ周期の操作などを行い，マイコンを介して電磁石を制御すから構成される．固定部は，様々な日用品の大きさや形状る．また，ホストプログラムは，将来的にレシピ共有 Webに対応させるため，交換が容易に行えるように設計した．

サービス等の多様なアプリケーションとの連携を予定して現段階では，スパナ／ドライバー／ペンチなどの工具を固いる．

定する固定具のプロトタイプを実装済みである（図 4）．ま4. 実装
本章では，作製したプロトタイプの実装について述べる．

© 2017 Information Processing Society of Japan

た，接続部は，電磁石モジュールの接続部と手軽に連結／分解できるように設計した．これらの日用品固定モジュー
ルも，3D プリンタを用いて ABS 樹脂で出力した．

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IPSJ Interaction 2017ドライバー用固定具

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ペンチ用固定具

スパナ用固定具

調整することで，リズミカルな動きなどの実装を検討していく．また，それらの動きを複数個のデバイスで同時に実行し，前述した応用例のように，音による情報提示や賑やかな雰囲気の演出などへの応用を行う．その後，工具以外の日用品を対象としたプロトタイプの作製を行い，それら固定部接続部

図 4 日用品固定具のプロトタイプ

Fig.4: Example prototypes for various tools.

4.3 ホストプログラムを応用して，日常生活の中での新たな情報提示手法やエンターテイメントとしての活用方法を模索していく．

謝辞
本研究は JSPS 科研費 25700019 の支援を受けた．

ホストプログラムはスマートフォン上に実装し，BLE 通信を介して，電磁石モジュールのマイコンとの通信を行う．

参考文献

現段階では，日用品の駆動のスタート／ストップの操作や，[1]電磁石の電源のオン／オフの切り替え周期を設定する機能などを実装した．電磁石のオン／オフの周期を切り替えることによって，工具が電磁石に吸い付けられる周期が変化
し，工具の動きや音を鳴らすタイミングを変化させること[2]ができる．今後は，応用例で述べるような外部システムと連携して動作できるように拡張を進める．
[3]

5. 応用例
本章では，提案した電磁石デバイスツールキットの応用例について述べる．本提案の応用指針として，日常生活に[4]

おける新たな「情報提示手法としての応用」と「エンターテイメントとしての応用」の二つを検討している．
「情報提示手法としての応用」としては，例えば，ものづくりマニュアルや調理レシピなどと連携して，「ユーザ[5]が次に使用すべき工具や調理器具」を動かすことによって提示する，という応用方法などが考えられる．また，「エンターテイメントとしての応用」としては，ユーザが行って[6]いるものづくりや料理などが完了した時に，周りの工具や調理器具などが一斉に動き出して賑やかな雰囲気を演出する，というような応用方法が考えられる．

[7]

このように，日用品を外部から駆動させることで，様々な応用可能性が考えられる．

[8]

6. まとめと今後の展望[9]

本研究では，磁性を持つ日用品を外部から手軽に駆動させることが可能な電磁石デバイスツールキットを提案した．現在は，日用品の中から，「工具」を対象としたプロト[10]タイプを試作した段階であり，電磁石によって工具を「吸い付ける」ことによって，動かしたり，音を鳴らすことが可能となった段階である．
今後は，作製したプロトタイプをもとに，工具の動かし[11]方の設計／デバイスの複数個での連携／他の日用品を対象とした設計などを行っていく．現在のプロタイプでは，「工具を電磁石に吸い付けて，音を鳴らす」というシンプルな動きを実装したが，今後はこの動きのタイミングなどを© 2017 Information Processing Society of Japan[12]

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