情報処理学会 インタラクション 2014
IPSJ Interaction 2014

A1-2
2014/2/27

マグネイル：爪装着型磁石を用いたインタラクション
門村 亜珠沙1,a)

椎尾 一郎1,b)

概要：マグネイルは，ユーザの指先にネイルアートとして装着した磁石である．ユーザがマグネイルを装着し，スマートフォンなどを操作する際，機器に標準搭載されている磁気センサにより，指の位置や向きを検出することができる．本稿では，マグネイルを試作し，装着した指の方向を検出する手法を開発した．
さらに，これを利用して直感的なモード切り替えを実現したアプリケーションを実装した．

MagNail: Augmented Nail using Magnetfor Detecting User’s Action with Smart Device
Azusa KADOMURA1,a)

Itiro SIIO1,b)

Abstract: We propose MagNail that is augmented nail using a magnet for detecting user’s actions withsmart device. A user puts the small magnet on a certain nail that is not a main input finger. The magnetic
sensor of the smart device can detect the user’s hand-shape. Then, the smart device provides natural interaction based on the finger’s status. As one possibility of using MagNail system, we develop an intuitivemode switching function to a drawing application.

1. はじめに
近年，スマートフォンやタブレット PC など（以下，スマートデバイス）の入力画面上やその周囲に置かれた物を利用したインタフェース，Around Device Interaction（以下，ADI）が注目されており，ADI に関連した研究が盛んに行われている [6]．ADI 研究では，スマートデバイス周辺において，ユーザの手や，ユーザが操作するタンジブルなオブジェクトの位置や動きを利用したインタラクション

図 1が提案されている．また，ADI 研究の一部では，ユーザのマグネイルの概観

Fig. 1 Overview of MagNail

手の動きを検出するために，手にセンサやタグ（RFID タグや磁石）などを取り付ける手法が採用されている．
人体に機器やタグを取り付ける場合，衣服やアクセサリーのように装着する方式が一般的である．また，一部には体内に組み込む手法も実験されている．人体装着方式
は，装着が煩わしい・タイトに装着できないなどの問題点があり，体内に組み込む手法は，人への負担が大きく実用
1a)b)

お茶の水女子大学大学院 理学専攻 情報科学コース
Ochanomizu University, Bunkyo-ku, Tokyo 112-8610, Japanazusa@is.ocha.ac.jp
siio@acm.org© 2014 Information Processing Society of Japan図 2

ネイルアート例（平均厚さ：2.5mm）

Fig. 2 Examples of nail art

193

に至っていない．筆者らは，その中間の手法として，人の爪への装着を検討した．人体のうち，人に痛みを与えることなく人工物を装着できる場所は，手足の爪，歯，毛髪などに限られている．中でも手の爪は，HCI の観点から利用しやすく操作しやすい場所である．爪の表面は，比較的平らであり，接着剤などを付けても違和感がなく，人工物を装着する基板として適している．さらに，爪の上に人工物を接着して装飾に使う文化もあり，センサやタグを爪の上にアクセサリーとして実装することで，日常生活に溶け込んだユビキタスで実用的な HCI デバイスを実現できる．
本稿では，ユーザの爪にタグとして磁石を装着するインタラクションを提案する．この磁石は，デザイン性のある
ネイルアート*1 で一般的に使用されるラインストーンに仕図 3

中指の爪に磁石を組み込んだネイルアート

Fig. 3 The nail-art-designed magnet embedded on the middle
finger nail

立てて，通常の装飾の一部として爪に装着する．これをスマートデバイスに標準搭載されている磁気センサで検出を行い，ユーザの手（指）の状態を自然に認識するシステムである（図 1，図 2）．

2. マグネイル
2.1 システム概要
マグネイルは，ユーザの指先にネイルアートとして装着した磁石である（図 3）．この磁石から発する磁力を，ほとんどのスマートデバイスに内蔵された地磁気測定用磁気セ

図 4マグネイルを装着した指によるインタラクション

Fig. 4 Interaction using MagNail

ンサで検出することで，特別なセンサを追加することなく，手（指）の状態が識別可能になる．

ンモードとして描画が可能になり，ユーザが中指を伸ばしスマートフォンなどのマルチタッチ入力では，ユーザがた状態で人差し指をタッチ面に触れた場合（図 4（b）
）は，入力画面に触れた単一もしくは複数指の位置と動きによ消しゴムモードになり，人差し指で触れた描画部分を消去り，様々な操作を実現している．タッチ入力デバイスのみするようなユーザインタフェースが実現可能である．

では，タッチ面に触れていない指の状態（位置や向き）を

図 4 のような手の状態を検出するためには，従来，手に検出することはできないため，それらの情報はインタラク機器やセンサを装着したり，カメラなどによるコンピューションの手段として活用されてこなかった．そこで我々タビジョンの手法が用いられていた．本方式は，スマートは，入力画面に触れていない指（爪）の位置や向きをマグフォンなどに既に内蔵されている磁気センサのみで実現

ネイルで検出し，これらをタッチ操作と組み合わせて活用し，特殊な追加センサやデバイスを必要としないため実用することで，より自然で有用なインタラクションが実現で的である．

きるのではないかと考えた．
例えば，ユーザの中指の爪に磁石（マグネイル）を付け2.2 実装

た場合，図 4 のような 2 つの中指の状態を識別可能である．

マグネイルにより，図 4 に示すインタラクションが可

図 4（a）では中指を折り曲げ，図 4（b）では中指を伸ばし能であることを示す目的で，試作品を実装した．マグネている. この際，ユーザの中指に装着したマグネイルの向イルの素材として，小型ネオジム磁石（直径 5mm ×厚さ

きが反転し，スマートデバイス内蔵の磁気センサが受け取1.5mm）を採用し，これを筆者の 1 人（20 代女性）の右手る磁力線の方向が変化する．この識別結果は，例えば，描中指の爪に装着した．磁気センサを備えたタッチ入力デバ

画アプリケーションにおいて，ペンモードと消しゴムモーイスとして，ASUS 社のタブレット PC（Nexus 7：画面サドを直感的に切り替えるためのユーザインタフェースに利イズ 7 インチ）を使用し，実験用プログラム等はこの上で用することができる．すなわち，ユーザが中指を曲げた状稼働する Android アプリケーションとして開発した．

態で人差し指をタッチ面に触れた場合（図 4（a））は，ペこのタブレット PC には，画面を縦長に配置した際の右上部分に，地磁気を測定する目的の 3 次元磁気センサが内*1

本稿では，2006 年頃から流行している，紫外線で硬化するアクリル系樹脂（ジェル）を用いて爪を形作り彩るネイル手法をネイルアートと呼ぶ．

© 2014 Information Processing Society of Japan

蔵されている．図 5（左）に示すように，ユーザが画面の左下部分を人差し指でタッチする場面では，中指に装着し194ことで，中指の方向を以下のように判定する．最初に，タ~0
ブレット PC が設置された場所での環境磁気ベクトル Gを求める．これには，磁気強度が適切な閾値よりも低い場合に周囲にマグネイルがないと判断して，この際の磁気セ~0 とする，などンサ値を加重平均して環境磁気ベクトル Gの方法が考えられる．次に，ユーザが画面をタッチダウンまたはアップした際に，磁気測定を行う．この際の測定値~0 を除去し，を G~x とする．これから環境磁気ベクトル G
その画面領域に対応する磁気ベクトル方向 g~1 , g~2 への射影を計算し，その値の大小により，マグネイルを装着した中指の伸長を判断する．すなわち，

f (n) = (G~x − G~0 ) · g~n
図 5

タブレット PC の右上に内蔵された磁気センサで，マグネイルを装着した中指の方向を検出する．

(1)

を計算し，f (1) と f (2) の大小を比較し中指の伸長を判断する．

Fig. 5 Direction of the middle finger is detected by themagnetic sensor embedded at the upper-right corner of
the tablet computer.

2.3 アプリケーション例
前節で述べたマグネイルによる中指の伸長判定を利用した磁石からセンサまでの距離が長くなるものの，中指の曲げ伸ばしを検出することは可能であった．

たアプリケーション例として，マグネイルお絵描きアプリを開発した（図 6）．これはマグネイルを中指の爪に装着し中指に装着した磁石は，ほぼタブレット面と同じ平面上たユーザが，図 6 左のように中指を曲げて操作すると，人に平らに置かれ，指の伸長により 180 度反転する．この際，差し指でのドラッグがペン（描画）モードになり，図 6 右の磁石中央から発生する磁力線は，タブレット面に対してほように中指を伸ばして操作すると消しゴム（消去）モード

ぼ鉛直方向（z 軸）となる．このため，同じ平面に置かれに切り替わる描画アプリケーションである．指にインクやた磁気センサ位置での磁力線の変化も，主に z 軸に現れる．

粉絵の具を付けて紙に描画する動作と，指の腹で紙を擦っそこで，z 軸方向の磁力線の変化から中指の伸長が判断可てインクを消しとる動作に近い操作により，実世界の知識能と考えた．しかしながら，実際には，タッチする場所にを利用した直感的なインタフェースを実現している．

より，x，y 軸方向の変化が大きい箇所もあったため，画面を分割し，それぞれの場所における磁力線の変化方向を測定し，その方向への変化量を利用して，指の伸長を判断することにした．
指の伸長による磁力線の変化方向を測定するために，以下の測定を行った．測定は，建物構造体や機器の影響を除去するために，大学グラウンドの中央にタブレット PC を設置して行った．最初に，マグネイルを遠ざけて磁気を測~0 （主定し，磁気センサの x，y，z 値を環境磁気ベクトル Gに地磁気と考えられる）とした．次に，図 5 に示すように，筆者の一人がマグネイルを右手中指に装着し，12 分割した画面領域を人差し指でタッチした．このタッチを，中指を曲げた状態 (図 5 左) と伸ばした状態 (図 5 右) で行い，その際の磁気センサ値を測定した．このセンサ値から環境磁~0 を減じたベクトルが，マグネイルにより生気ベクトル Gじた磁気ベクトルとなるので，これを正規化し，マグネイ

図6

中指に装着したマグネイルにより描画・消去モードを切り替える描画アプリケーション

Fig. 6 Paint application with pen/eraser mode switching by
MagNail attached to the middle finger nail3. 関連研究

ルで生じる磁気ベクトル方向 g~1 , g~2 を計算した．以上を 12はじめに述べたように，ユーザの手（指）の動きをスマー分割した画面領域のそれぞれに対して測定し，それぞれのトデバイスに内蔵されているセンサを用いて検出する研究

場所をタッチした場合にマグネイルが生じる磁気ベクトルが行われている．本研究と同様に，スマートデバイスに内方向を求めた．

蔵されている磁気センサを用いた研究として，MgiTact[5]ここで求めた画面領域ごとの磁気ベクトル方向を用いる© 2014 Information Processing Society of Japanと GaussSketch[7] が挙げられる．MagiTact では，スマー

195トフォンに内蔵されている磁気センサを用いて，3D 空間

性からも人々に受け入れられやすいウェアラブルなシステでの磁石の位置検出を実現している．また GaussSketch でムとした．また，スマートデバイスのセンサで検出可能なは，磁石を内蔵した導電性のペンを用いて，スマートフォ

爪に装着した磁石の向き（ユーザの手の状態）に，直感的ン上で入力を行う際の，ペンの圧力や傾きなどを検出してな意味付けを行い，情報操作のモード切り替えを行うアプいる．

リケーションを実装した．このアプリケーションでは，入また，磁石を手に装着して入力に利用する研究もいくつ

力に用いる主要な指（人差し指）をマルチタッチデバイスか発表されている．Abracadabra[3] は，腕輪型のモバイル端末に対して，この上を，磁石を装着した指先で入力すでのインタラクションに使用する以外に，副次的な指（本稿では，中指）の状態も利用するインタラクションには，る際の，微細な指の傾きなどを検出するシステムである．

様々な可能性があると考えている．今後もマグネイルを使

Nenya[1] は，磁石付き指輪を装着したユーザが指輪を回す用した多彩で直感的なアプリケーションを開発していきた

動作を，磁気変化をによって検出し，入力に利用する手法

い．

を提案している．uTrack[2] は，親指に磁石を，他の指に磁気を検出するデバイスを装着することで，ユーザの指の位謝辞 本研究は JSPS 科研費 25・10205 の助成を受けた．

置をリアルタイムに検出している．我々は，入力に用いる主要な指以外の爪（本稿では中指の爪）に磁石を装着する

参考文献

ことで，位置や動作など，ユーザの手（指）の状態の検出[1]を行い，多彩な入力の可能性を提案した．さらに，装着する磁石をファッション性の高いアクセサリーに仕立てることで，一般的に普及しているネイルアートと同様に，日常[2]生活においてユーザが抵抗なく装着し続けることが可能なデバイスとした．
爪に着目した研究では，以下が挙げられる．Hwang らは[3]

指を物体に押しつけた際の爪の色の変化（押しつける強さに応じて爪の色が白色〜桃色に変化）をカメラで検出し，それを利用したスマートフォンアプリケーションを提案している [4]．Vega らは RFID タグをネイルアートの一部と[4]して爪に付けることで，指を機器操作のスイッチなどとして利用する手法を提案している [8]．我々は，ネイルアー
トの一部として磁石を爪に装着することで指の状態を検出[5]できることを示し，Android アプリケーションの実装により，スマートフォン上でのインタラクションの可能性を具現化した．

[6]

4. まとめと今後の展望
本研究では，スマートデバイスに標準搭載されている磁気センサと，ユーザの爪に装着した磁石を用いて，ユーザ[7]の手（指）の状態を自然に検出するシステムを提案した．
本方式は，スマートデバイス搭載のセンサのみを使用し，これ以外に必要なものは安価で入手が容易な磁石のみである．その磁石をネイルアートの一部として魅力的に装飾し，ユーザの爪に装着することで，実現性・ファッション

© 2014 Information Processing Society of Japan[8]

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