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

1B-41
2020/3/9

相互常時触覚通信の提案
小野寺 将1

三武 裕玄1

長谷川 晶一1

概要：新しいコミュニケーションツールとして, 振動を通じて相互に動作や状況, 雰囲気を伝える手法を提案する. まず, 利用者は前腕と喉元に加速度センサーを身につける. また, 首にはネックレス型の振動提示装置を装着する. そして歩く, 走るといった動作に対応する信号を加速度センサーが測定し, 通信相手の振動提示装置に振動波形として送ることで, 首回りで振動を感じてもらうようにする. 今回の論文では, このような手法を通じて相手に何が伝わり, 何が伝わらないか, 検証することを目的とする.

1. はじめに

2.1 相互常時触覚通信の要求
相互常時触覚通信は, 普段の活動を行いながら, 相互に常現代において, スマートフォンは普及し LINE や Twitterに通信することを前提にしている. そのため, 従来のテレコといった SNS は多くの人が利用している.2019 年 1 月の統

ミュニケーションにはない, 次のような 4 つの要素が必要

計によると SNS・ソーシャルメディアの利用者は約 35 億であると考える.1 つ目はコミュニケーション自体が好きな人であり, コミュニケーションツールは重要な存在であるこタイミングで無視できるかどうかである. つまり, 利用者はとがわかる [1]. またこれらのツールは文章によるやり取り

相手の情報を知りたい時は通信を介して知り, それ以外のだけではなく, 電話やビデオ通話のような音声によるやり時は通信中でも気にならないようにする必要がある.2 つ目取りができるものも存在する. 以上のようなツールを用いはプライバシーの問題である. 通信中常に相手の状況を具ることで私たちはどれだけ遠くに離れていても, インター体的に知ることできるのは, プライバシーの観点から好まネットを通じてやりとりを行うことが可能になった. しかしくない. よって侵害しないように, かつ相手のことを何かし, 親しい相手と遠距離でやりとりを行う際に, ただ相手をしら知ることができるような情報を伝達することが必要に見る, 聞くだけでは不十分な時がある. 人間の皮膚には, 感なる.3 つ目は通信中, 利用者以外には影響を与えないこと情に作用する C-触覚求心性神経 [2] やその効果が知られてである. 電車内の通話や通知音は周囲の人を不快にさせるおり, 対人接触を通じて感情を伝えることに役立つ可能性ことがある. 常に通信を行う際に他者に迷惑をかけることがあると考える. また, 突然のコミュニケーションツールのは, 利用者にとって使いづらいため, 他の人が気にならない着信音は, 利用者や周りの人を不快にさせることがある. いような通信手段を確立する必要がある.4 つ目は触覚を通じくつかの論文で, 通知を受け取ることが精神的ストレスとて, 視覚や聴覚によらない情報を伝えることである. 相手に関連があることが報告されている [3][4].

触れることによって生じる感情, 相手の動作や呼吸のリズ

以上を踏まえ本研究では, 他者の活動を妨害しない振動を通じて, 動作や状況を伝えることを目的とした相互常時ムといった情報を, 遠距離にいながらも伝えられるようにする.

触覚通信の手法を提案する. また, 対人接触を通じて相手に感情を伝えることも目的とする. さらに, 実際にこのテレコミュニケーションを通じて, 何が伝わり, 何を伝えることができないのか調べていく.

2. 提案手法
本章ではシステム実現に向けた必要な要素について検討する.

2.2 人間の振動知覚実現するシステムでは出力として振動を用いる. そのため, 人間の振動に対する感受性について検討する必要がある. 人間は 1Hz の低周波振動に対して低い感度を有している. 周波数が高くなるにつれて, この感度も高くなり, ピー
クは 200Hz とされている [5]. また, 振動に対する感度は400Hz から急激に低下する. よって高域において, 皮膚を通じて動作による振動を知覚するために, ある程度の感度が1

東京工業大学© 2020 Information Processing Society of Japanある 400Hz 程度までに調整する. 低域においては加速度を337

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図 2回路の全体図

図 1 実現したシステムの構成用いるため, 調整は不要であると考える.

2.3 加速度センサー

図 3 センサーを装着した様子

加速度から相手の動きを推定できると考えたため, 動作の測定には加速度センサーを用いる.

はホシデン社の HRM1017 を使用した. これは BLE を介し前節で述べたことから, センサーは 400Hz の周波数を検出てデータを送信している. マイコン上には 3.7V のバッテしなければならない. そして, 正確な周波数でセンサーが作リーを取り付け, オペアンプは NJU7044 を用いた. これは動するためには, ナイキスト定理より 800Hz の標本化周波加速度出力のインピーダンスが高く,A/D コンバーターの数が必要である. センサーは常に身につけてもらうため, 無入力インピーダンスは低いため, 電流を増幅する必要があ

線で小型, 軽量かつ低消費電力である必要があると考えた.

るからである. 回路は図 2 に表示する.

よって, 上記の条件を満たす低消費電力の通信プロトコルである bluetooth low energy(BLE) を用いることにした.

2.4 振動の出力√
aencoded =a2x + a2y + a2z(1)

BLE データの帯域幅に制限があるため、1 フレームあた

出力は加速度センサーで測定した信号波形を, 振動デバ

り 16 ビットのデータで 800Hz の送信をすることしかできイスに振動波形として提示する。振動デバイスは常に身にない. よって, 送信データにできるだけ多くの情報をもたせつけてもらうため, 装着可能か, 着脱しやすいか, また提示るために, 送信前に加速度センサーから読み取った 3 軸の帯域の観点から使用するものを選ぶ.

データを一つに統合する必要がある. これは二乗ノルム (1)3. 提案の実現
本章では 2 章の提案を踏まえ, 通信手法を実現したシステムについて述べる.

を用いることで, 符号化したデータは各軸の加速度の測定値を保持している. またセンサーが回転した際には, 重力方向の変化も符号化した信号に示されている. 人間の腕の動作は回転運動を伴うことは多いため, この信号を用いるのは適切であると考えられる.

3.1 システムの流れシステムの構成は図 1 の通りである. まず、2 つの加速

3.3 センサーを取り付ける位置度センサーを身につけてもらう. 身につけた人の動作に応センサーを取り付ける部分として前腕と喉の付け根の 2じて, センサーは加速度信号を読み取る. そして複数のセン箇所を選んだ. それぞれ身につけた様子は図 3 となる. 前

サーの信号を符号化, 統合を行い,BLE を介して利用者のス腕を選んだ理由は, 腕は多くの活動で動かす部分であり, 手マートフォンに送信する. スマートフォンは信号データを首や手の甲と比べ, 取り付けても邪魔にならないと判断し受信し,TCP 経由で相手のスマートフォンに送信する. 最後たからである. 喉の付け根には, 話し声を測定するためにに, 信号データを受信したスマートフォンはヘッドホン端取り付けた. これは日常生活で会話をすることは多いため,子を通じて, 振動提示装置に音声として出力し, 相手に振動話しているという情報が大事だと考えたからである. 図 4,が伝わる流れとなっている.

図 5 は話している時, 歩いている時に相手の振動提示装置に送る信号波形である. サンプリング周波数は 800Hz であ

3.2 無線センサー
センサーを無線化するために, マイクロコンピューター© 2020 Information Processing Society of Japanる. 動作によって波形が異なるため, 相手は振動の違いから区別することができる。また話し声は特徴的な振動を感じ

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4.1 実験準備
被験者は 2 人のペアを 4 組用意し, 実験を行なった. 各々のペアはお互いのことをよく知っている関係である.
被験者にはシステムを日常生活で利用してもらう. どのような状況で利用するかは被験者に決めてもらった.3 組みのペアが用いる状況は以下の通りである.
図 4

話している時の信号

図 5 歩いている時の信号

2 1 組目: 家にいるとき, ドライブで出かけるとき
2 2 組目: ジムで鍛えに行くとき, ギターを弾くとき, 歌
うとき

2 3 組目: ランチをするとき, 買い物をするとき
2 4 組目: 対戦ゲームをしているとき, サイクリングをしているとき
どのような状況でも被験者には少なくとも 2 時間は装着してもらい, 相手の動作による振動がどのようなものか学んでもらった.
図 6 振動提示装置を装着した様子

4.2 実験手順
実験を行う前に, 被験者には実験目的と実験手順を説明ることができる。

した. そして, 装置を身につけてもらい実験を行なった. 実
験後, 被験者には以下の 4 つの質問に答えてもらった.

3.4 振動提示装置
使用する振動提示装置は山崎 [6] に開発されたものを用いた. この装置を選んだ理由は, 人間の動きで生成される低周波数の振動を伝えるのに適しているからである. また,ネックレス型であるため図 6 のように簡単に装着することができる.

2 質問 1: どのようなことを振動から理解することができましたか.

2 質問 2: あなたにとってどの情報が望ましいですか. また, なぜそのように考えましたか.

2 質問 3: このコミュニケーションにおいてどのような状
況ではうまく伝わりましたか. あるいは伝わらなかっ3.5 ネットワーク
TCP/IP を利用してネットワークと通信を行う. これによる遅延時間は約 1 秒となっている. しかし, この遅延時間たですか. なぜそのように感じたのか, できればあなたの意見も書いてください.

2 質問 4: 装置を身につけている間, 邪魔に感じましたか.

は利用者がテレコミュニケーションを行うのに支障はないと考える. この理由については, 相互常時触覚通信をどのよ

1 番目の質問は, 被験者はどのような情報が相手から伝わうに行うのか説明しながら述べる.

るかを示す.2,3 番目の質問は, 常時身につけてもらい, どのまず利用者は, 遅延時間がほとんどないローカル通信で, お情報がどれくらい重要であったかを表す.4 番目の質問は,互いを見ながらどのような動作, 状況を知ることができる

身につけている間, 普段の活動を妨害しているかどうか示のか学んでもらう. その後, 遠距離でお互いが見えない状況すことを目的としている.

で通信を行ってもらい, 振動から相手のことを判断してもらう. この通信はあくまでも, 動作や状況, 感情を漠然と伝えることが目的であり, 具体的な情報を伝えることは目的ではない. よってリアルタイム性は要求されていないと考えるため, この遅延時間でも問題ないとする.

4. 実験

5. 実験結果
5.1 質問 1 回答
各々のペアの回答について以下の通りである.

5.1.1 1 組目
2 相手が物を持って歩いているのを感じた.
2 歩いているときと運転しているときの違いがわかる.

本章では 3 章のシステムを用いて, 振動を通じて相手に2 相手の状況がわかっていれば, 振動を通じてどのよう何が伝わるのかという検証と, 常に身につけて気にならなな動作をしているか考えるのは簡単である. 例えば, 妻いか検証を行う.

が赤ちゃんと一緒にトイレに行くことを知っていた時© 2020 Information Processing Society of Japan339情報処理学会 インタラクション 2020
IPSJ Interaction 2020に, 夫は妻がオムツを替えている, 赤ちゃんに語りかけ

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2 相手が継続的に何をしているかを知ることが望ましい.
相手が忙しいかどうか判断するのに使えるからである.ていると感じることができた.

2 靴をブラシで掃除するなど, 激しい動きは区別するこ

2 笑っているという情報は相手の気分を知ることができるので望ましい.とができた.

5.1.2 2 組目
2 相手が話している, 体を定期的に, あるいは継続的に動かしているのは感じた.

5.3 質問 4 回答
1 組目のペアは生活中に常に身につけていても, そこまで2 話し声は他の動作と比べてとてもわかりやすい.

気にならず邪魔には感じなかった.2 組目のペアも同様であ

2 歩く, 走る, 重量挙げを区別することができた.

る. 3 組目のペアのうち 1 人は, 自分が動いていない時に突2 それぞれの動作で振動の違いを感じることはできた.

然振動し, 短い振動が生じると少し邪魔に感じた. しかし,しかし, あらかじめどの動作でどの振動を感じるかを知らないと, 相手の動作を推測するのは非常に難しい.

2 疲れた時に相手の呼吸を感じることがある.

ほとんどの場合は問題なかった.

6. まとめ2 歌っているときはとてもわかりやすい. 相手が大声で本研究では, 装置を長期間にわたって常時身につけても歌っているとメロディを理解することができる.

らいコミュニケーションを行う, 相互常時触覚通信の手法

2 ギターを弾いているときは独特な振動を感じる.

を提案した. この手法を用いて実験を行うことで, 振動を介して相手の動作を区別, ある程度理解することは可能であ5.1.3 3 組目ることがわかった. さらに, 相手の状況を知っていれば, よ

2 歩く, 話す, 腕をあげる, 頭を向けるといった動作は区り相手の動作を判断することができることがわかった. 抽

別できる.

2 急いで歩いている時と, ゆっくり歩いている時の振動は違いがある.

象的ではあるが, 相手の気分や状況を知り, それに合わせて適切な行動を取ることができるという点は非常に興味深いものである. この触覚通信は, 従来の視覚や聴覚を用いたコ

2 笑っているときはとてもわかりやすい.

ミュニケーションとは異なる情報, 感覚を伝え, 感じること

2 腕をあげる動作により生じる振動より, 食べる動作のができる. また, 相手に伝わる情報は, 人の振動に対する感振動は小さい.

受性や, 伝わる時の状況によって変化する. 今後もこの手法で, 何が伝わるのか, 何を感じ取ることができるのか, 具体

5.1.4 4 組目的な事例を増やして検証していきたい.

2 対戦ゲーム中, 強い腕の振りによる振動から, 相手が対戦で忙しいことがわかった.

2 貧乏ゆすりをしていることが, 振動のリズムからわ

参考文献
[1]

かった.

2 何を話しているかはわからないが, 話し声の調子がわかった.

[2]

2 サイクリング中, 風の音や周りのうるさい音に左右されず, 相手に呼ばれたのがわかった.

2 激しい振動を感じた時, 舗装されていない道路を走っ[3]ていることがわかった.

5.2 質問 2,3 回答[4]

2 回答をもとにどの情報がどれくらい重要か, 以下の通り要約した.

2 望ましい情報は状況次第である. 例えば,3 組目のペア[5]はランチに行く前に, 相手が鞄を取りに家に帰ることを知っていた. 相手が家に帰り, 鞄を取ってランチに向かうのを振動から判断していたので, 自分が準備をしてタイミングよく外出するのに役に立ったようである.

© 2020 Information Processing Society of Japan[6]

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