情報処理学会 インタラクション 2023
IPSJ Interaction 2023

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サーフェスにおける引っ張り入力を実現する
インタフェースの検討
前田 竜矢1,a)

伊藤 弘大1,b)

桑山 佳汰2,c)

藤田 和之3,d)

伊藤 雄一1,e)

概要：現在，多くの機器の入力インタフェースとして，タッチサーフェスが利用されている．タッチサー
フェスの多くは，出力画面に触れることで入力ができるため，直感的な操作が可能であるという利点があるが，入力面の柔軟性は低く，入力可能な操作はタッチやスワイプなどの平面的なものに限られている．
これに対し，HCI の分野では，入力可能なインタラクションを増やす研究が盛んである．しかし，これらの多くは，押し込み操作に限られていた．そこで，本研究では，既存の静電容量方式のタッチサーフェスに取り付けることで引張操作を可能とする，ゴムチューブインタフェースを提案する．このインタフェー
スは，ゴムの引張強度に応じて内部の抵抗値が変化するため，タッチサーフェスの計測する流出電流値の変化を計測することで，引張動作の検知が可能となる．今回は，実装したインタフェースを用いて，引張強度推定精度と引張方向推定精度を評価した．その結果，4 段階の引張強度分類と，平均誤差 4.73°での引張方向推定が可能であることが示された．

1. はじめに時に力覚フィードバックのあるボタン，アイソメトリックなジョイスティック，圧力の入力，曲げの入力，せん断力

スマートフォンやタブレット端末，スマートウォッチとの入力が可能となっている [1–6]．特に，Schmitz らが提案

いったタッチサーフェスの普及は著しく，今日の日常生活した Flexibles では，導電性の素材を含んだインタフェー

においてなくてはならないものとなっている．しかし，現スを静電容量式タッチスクリーン上で操作することで，イ在一般的に使用されているタッチサーフェスは柔軟性がな

ンタフェースへの押し込み操作以外に，つまむ動作や，入い平面上のものが多く，サーフェスに対して可能な操作は力面に対して水平な方向に傾ける動作の検出を可能として平面上での入力に留まっている．したがって，3 次元の情いる．こういった研究により，既存のタッチサーフェスへ報を扱うのは困難であり，日常でものに対して行う，「押の入力モダリティは大きく拡張されているが，これらのほす・引く・つまむ・曲げる」等の操作を直接サーフェスにとんどが入力面に対して圧力がかかる操作，つまり，押し対して行うことはできない，といった課題が存在している．

込み操作に限られていた．

これに対し，ヒューマン・コンピュータ・インタラクショ

これに対し，本研究では入力面から垂直な方向に遠ざかン（HCI）の分野では，一般的なタッチサーフェスに対しる力をタッチサーフェスへの入力として扱うことを考えて，認識可能な入力操作の追加や入力可能な領域を拡張する．なかでも，ドアを引く，ペットとの散歩でリードを引ることで，上記課題の解決を図る研究が盛んである．特に，くなど日常でも一般的な動作である，「引っ張る」操作にタッチサーフェスに様々な物理的形状・物理的特性を持つ着目する．タッチサーフェスに引張操作を入力可能とする拡張機器を，タッチサーフェスに取り付けることで，拡張ことで，デジタル空間内で上記のような引張操作を行う

機器の物理的特性を活かした入力を可能とする研究が数多際に，日常で行う時と同じような感覚（引張に応じた力覚く検討されている．これにより，入力領域の拡張や，操作

フィードバック）を与えることが可能となる．また，現在のコンピュータの操作において引張や吸出しのようなメ

1
2
3
a)
b)
c)
d)
e)

青山学院大学 大学院理工学研究科
大阪大学 大学院情報科学研究科
東北大学 電気通信研究所
maeda.tatsuya@x-lab.teamkodai.ito@it.aoyama.ac.jp
kuwayama.keita@ist.osaka-u.ac.jp
k-fujita@riec.tohoku.ac.jp
itoh@it.aoyama.ac.jp© 2023 Information Processing Society of Japanタファはあまり使われておらず，ドラッグ&ドロップのよ
うな既存の動作にこのような操作を追加することで，より直感的な作業が可能になると考えられる．そこで本研究では，既存の投影型静電容量方式のタッチサーフェスに取り付けることで，入力面に対して垂直手前方向への引張操作

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2023/3/1を可能とするインタフェースを提案する．インタフェースて，様々なインタラクションを可能にしている．Voelker

は引張を可能とするためのゴムと，タッチサーフェスにイ

らは，人がタッチしていなくてもサーフェス上で認識可能

ンタフェースを固定するための吸盤を組み合わせたものとな PUCs という TUI（タンジブルユーザインタフェース）なっており，引張時のインタフェースの電気的特性（抵抗を提案している [11]．PUCs には複数のタッチ点が存在し値）の変化を，静電容量方式タッチサーフェスのセンサでており，あるタッチ点がサーフェスによってセンシングさ捉えることで，引張操作の認識を可能にする．

れている時には他のタッチ点が GND となるという機構を

本稿では，既存のタッチサーフェスに取り付けることで引張操作を可能とするゴムチューブインタフェースを提案，実装し，このシステムを用いて，引張強度推定精度と引張方向推定精度の評価を行う．

2. 関連研究有している．そのため，人体によるタッチがなくとも，オ
ブジェクトのみでのタッチ認識を可能にした．
これらの研究が示すように，指以外のオブジェクトも
タッチサーフェスで認識可能にする研究は盛んであり，インタラクションの幅が広がっていることも分かる．しかし，これらの研究では，サーフェス上のオブジェクトに対して

2.1 タッチサーフェスの入力モダリティを拡張する研究

可能なインタラクションは少なく，オブジェクトへのタッ

タッチサーフェスは今日もっとも一般的な入力インタ

チや，オブジェクトのスライドといった操作以外はほとん

フェースの 1 つである．タッチサーフェスは入力面への指ど不可能であった．これに対し，様々な物理的形状・物理やスタイラスの接触を検知するが，その検知手法は様々で的特性を持つタンジブルオブジェクトを既製のタッチサーある．例として，抵抗膜方式や光学方式，圧力検知方式な

フェスに配置，または装着することで，そのオブジェクト

どがあげられるが，多くのタッチサーフェスで採用されてを新たな入力空間とする研究も存在する．Kato らの研究いるのが，投影型静電容量方式である．HCI の分野では，

では，タッチ入力を転送できるストライプパターンのス

投影型静電容量方式のタッチサーフェスの入力モダリティ

テッカー，Extension Sticker を提案している [1]．このスを拡張する研究が盛んである．その例として，サーフェス

テッカーをタッチパネルに貼ると，ステッカー上でのタッ

内部のタッチセンサのセンサ値やそれらの 2 次元パターン

チ入力やスクロールといった動作を可能にする．Ikematsuを利用することで，追加のインタフェースなどを一切用い

らは，タッチサーフェス上に配置したタンジブルオブジェ

ずに，認識可能なインタラクションを増やす研究が存在す

クトの抵抗成分が，サーフェスからオブジェクトを通ってる．Kumar らは，CNN（畳み込みニューラルネットワー

GND に流出する電流値に影響を与えていることに着目し，ク）を利用して静電容量画像とタッチ位置の関係を学習

サーフェス上に配置したタンジブルオブジェクト表面へのすることで，元々実装されているタッチ推定よりも，タッ

タッチ入力を実現している [3, 4]．

チ位置推定の精度を 23.0%を向上させた [7]．Streli らは，

これらのように，タッチサーフェスの入力モダリティをCNN に加えて GAN（敵対性生成モデル）を用いた学習を拡張する研究は多くあるものの，これらのほとんどが入力行い，タッチ位置だけでなく，サーフェスに接触するタッ

面に対して圧力をかける操作であり，サーフェス面から垂チ面を推定している [8]．また，Mayer らは生物学や天文学直に遠ざかる方向に力がかかるインタラクションには，この分野で用いられてきた，画像の高解像度化技術を利用すれまで焦点が当てられてこなかった．堀らは指を他の指でることで，細かいタッチ領域の検出を可能としている [9]．

擦り上げることで，スポイトによる吸出しのような操作

これらの研究はタッチの位置や領域，角度やタッチした物を実現したが [12]，入力面から遠ざかる方向のインタラク体の性質など，入力の詳細な情報を手に入れることに成功

ションは，吸出しの他にも引っ張る操作などが考えられしているものの，タッチサーフェスの形状や材質等を物理る．引張は，日常でも一般的な動作であり，ドアを引く，的に変更しているわけではないため，入力可能な操作は，ペットとの散歩でリードを引く，弓を構えて引くなど様々

柔軟性のない 2 次元平面上で行えるものに限られている．

な場面で行うものである．引張のほかにも，曲げやひねり

これに対して，底面に導電パターンを配したタンジブなど，リジッドなサーフェスでは行えないインタラクショ

ルオブジェクトを置くことで，そのオブジェクトの動き

ンは多い．

を入力として用いたり，置かれたオブジェクトが何であるかを識別する研究が存在する．Kratz らは静電容量方式

2.2 フレキシブルな UI に関する研究

タッチサーフェス上でスライドや回転をさせることでコン

先述のような問題を解決するため，坂本らが提案した，ゴ

トローラとして用いることが可能なノブ型のタンジブル

ムをつまんだり，ひねったりする操作を可能にした Wrin-

ウィジェットである，CapWidgets を提案している [10]．

kleSurface や [13]，Boem らの Non-Rigid HCI [14]，そしCapWidgets の底面には通常の指によるタッチと識別可能て 1 章でも述べた Flexibles など [5]，柔軟な素材を用いてな導電パターンを配しており，このパターンの位置や動き製作されたフレキシブルなユーザインタフェースを適用を検出することで，通常のタッチとは別の操作を割り当する研究が盛んに行われている．これらのフレキシブルな© 2023 Information Processing Society of Japan89

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インタフェースにより，マウスやキーボード，タッチサー
フェスといったリジッドなユーザインタフェースでは不可能である，曲げる，ひねる，押し込む，引っ張るといった操作が可能となる．フレキシブルなインタフェースは，リ
ジッドなインタフェースと比較して，入力可能な空間を拡張し，現実で物体を操作するときのメタファを，デジタル
空間とのインタラクションで利用できるといった利点がある．また，ゴムなどの柔軟性とともに弾性を持つ素材を用いて作成されたインタフェースは，操作時に操作強度に応

図 1システムの概要

じた力覚フィードバックがあるため，アイソメトリックな
入力デバイスに向いていたり，操作時に視覚的な注意を払わなくても操作しやすくなる．
本研究と同様に，柔軟な素材の引張を検出する研究には，

Shahmiri らが提案した，Serpentine がある [15]．Serpentine は，さまざまな入力を感知可能な，柔軟なコード型のセンサである．ねじる・伸ばす・巻く・つまむなど柔軟な構造を活かした 6 種類の操作が可能となっている．他にも，Vanderloock らは，圧力をかけた際の変形を認識可能
な柔らかなオブジェクト，Skweezees を提案している [16]．

Skweezees の内部は柔らかい導電性の詰め物で満たされており，外部とつながる電極が多数配置された構造となっている．また，Sugiura らは IR LED とフォトトランジスタ

図 2を利用して，ストッキングなどの薄い布の伸縮を検出する

ゴムチューブインタフェースの概要

手法を提案した [17] が，これらはセンシングのために専用のコントローラや外部装置，外部電源が必要となる．そこで，本研究では日常的に使用しているスマートフォンをセンシング用の機器として用い，専用のコントローラ等が必要とならず，バッテリーも必要としないインタフェースの作成を目指す．

3. 提案手法
3.1 提案システムの概要

図 3

引張に伴う抵抗値の変化

本研究では，タッチサーフェス上で引張インタラクションを可能とするためのシステムを提案する．本システムのり，ゴムチューブの穴の断面積を S(m2 )，ゴムチューブの概要を図 1 に示す．本システムは，投影型静電容量方式の

長さを L(m) とすると，ゴムチューブ内のインクによってタッチサーフェスと，吸盤を用いてサーフェスに固定して形成される抵抗 R(Ω) は R = ρ L
S と表すことができる．こ引張操作を行うゴムチューブインタフェースの 2 つから

こでゴムチューブを L’(m) の長さまで引張すると，断面積成る．タッチサーフェスは，サーフェス内部のセンサが計

は S よりも小さな S’(m2 ) となる．この時点での抵抗 R’ は測する流出電流値を用いて，タッチを検出している．このR′ = ρ L
S ′ となる．導電性インクの圧縮率は小さく，ゴム′

サーフェスと GND 間にある物体のインピーダンスが変化

チューブの両端は塞がれているため，その体積はほとんど

すると，センサが計測する流出電流値の値も変化する [3]．

変化しないと考えられ，SL = S ′ L′ と見なすことができる．

ゴムチューブインタフェースの概要を図 2 に示す．ゴ

これらの式から RR = ( LL )2 という関係性が得られる．つムチューブインタフェースは引張可能な部分であるゴム

まり，抵抗 R の変化率は，長さ L の変化率の 2 乗によってチューブと，サーフェスにインタフェースを固定するため得られると考えられる．この変化の概念図を図 3 に示す．

の吸盤から成っている．ゴムチューブの中には導電性イン

このように引張強度に従ってゴムチューブインタフェース

クが充填されており，ユーザの指から，吸盤のサーフェス

内部の抵抗値が変化することにより，サーフェスで得られに接触する面まで，電気的に接続されている．充填されてる流出電流値が変化する．この流出電流値の値を利用する

いる導電性インクは，ある一定の電気抵抗率 ρ を持っておことで，引張操作の検知を可能にする．

© 2023 Information Processing Society of Japan

′

′

90

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した「3 点」の形状で解決していた．今回の「ドーナツ」では中央部分が空いていることで，この問題が回避できたのだと考えられる．導電シートの大きさに関しては，予備実
験の結果から，内径が 1.6cm 以上である必要があり，外径が大きいほど引張強度推定や引張方向推定の精度が高くなることが分かったため，外形は吸盤に接着することができる最大の 2.4cm，内径は 1.6cm のものを使用した．なお，
このパラメータは 3.3 節で述べるタッチサーフェスで検証したものであり，タッチサーフェスの仕様，特にキャパシタの配置密度によって異なると考えられる．
図 4

ゴムチューブインタフェースのプロトタイプ

3.3 使用したタッチサーフェス
3.2 プロトタイプの実装

本研究では，ゴムチューブインタフェースの操作を入力

上記の構成を元に実装したゴムチューブインタフェー

するための静電容量式タッチサーフェスとして，LG エレスのプロトタイプを図 4 に示す．ゴムチューブには内径クトロニクス社製の Nexus5 を用いた．Nexus5 内部のタッ5mm，外径 7mm のものを使用し，導電性インクには Bare

チセンサ (ClearPad 3350) は縦横に送信電極，受信電極がConductive の SKU-0001 を用いた．導電性インクを充填配置されており，合計で 405 個 (15×27) のキャパシタが形する部分の長さは 5cm とした．ゴムチューブの両端から成されている．これにより，1 つのキャパシタによって約導線を挿入し，ゴム溶剤系接着剤で穴を塞いだ．このゴ

4mm 四方の平面的なタッチセンサを構成している．静電

ムチューブを 3cm の吸盤と組み合わせ，接着剤で接着し容量方式タッチセンサの生データは，Nexus5 のカーネル

た．ゴムチューブの上部に銅テープを巻きつけて固定し，を書き換えることで取得した．

この銅テープとチューブの穴から伸びた導線をはんだ付けして，ゴムチューブ内部と電気的に接続した．ゴムチュー

3.4 引張強度と引張方向の推定手法

ブインタフェースを操作する際はこの部分を把持すること

まず，引張強度推定の手法について説明する．3.1 節で記とした．だが，この状態では，ゴムチューブ内部の導電イ

述した通り，サーフェスと GND 間にある物体のインピー

ンクと吸盤の内側（吸盤のサーフェスと接する側）が電気

ダンスが変化すると，センサが計測する流出電流値が変化的に接続されていない．そこで，吸盤に導電シートを接着するため．タッチサーフェスと接地された導電体（指）のさせ，その導電シートに吸盤の横穴から入れた導線を接続間に，「引張強度に応じて抵抗値が変化するゴムチューブ

することで，電気的に接続するようにした．使用した導電

インタフェース」を使用することで，サーフェスから得ら

シートは片側のみが導電性を持っているため，この導電面

れる流出電流値を元に，インタフェースの引張強度を推定

を吸盤側に向けて，吸盤に接着した．また，導電シートのできる．具体的には，ゴムチューブインタフェースは，引面に導電性インクを塗ることで，接続部分の接触抵抗を下張強度が強いほど内部の抵抗値が増加し，サーフェスで得げている．吸盤に接着した導電シートは，内径 1.6cm，外られる流出電流値は減少するため，この値を利用すること

径 2.4cm のドーナツ形状のものを使用した．

でインタフェースの引張強度を推定できる．

今回のプロトタイプで使用したゴムチューブの長さや太次に，引張方向推定の手法について説明する．引張強度

さは，予備実験より最も引張強度や引張方向推定の精度が推定ではインタフェースの抵抗値による流出電流値の変高くなるように設定した．また，導電シートの形状は，予化を利用したが，引張方向推定では，流出電流値だけでな

備実験により「2 点」
「3 点」
「四角」
「円」
「十字」
「ドーナ

く，その 2 次元マップである静電容量画像を利用する手法

ツ」の 6 形状の内から，サーフェスに対する垂直軸でのどを提案する．静電容量画像とは，センサの流出電流値を 2の回転角度で固定してもタッチパターンが同じであり，計次元マップ化した画像のことで，タッチサーフェスを用い

測流出電流値を得られた「ドーナツ」形状を採用した．な

た様々なインタラクション取得手法に利用されている [5]．

お，「円」形状も回転角度によらず同一のタッチパターンが本研究で使用するタッチサーフェスでは，3.3 節で述べた得られるが，予備実験では正常な流出電流値を得ることがように横 15 個 × 縦 27 個のキャパシタが配置されており，できなかった．これは静電容量方式のタッチサーフェスの

1 つのキャパシタあたり約 4mm 四方の範囲をカバーして仕様と関係しており，タッチ点が複数の平行する電極群をいる．これらのキャパシタごとに，流出電流値が-255〜255

横断すると，電流が意図しない経路で流出してしまい，正の値で得られる．本手法では，これを静電容量画像として

常に流出電流値が計測できないことがあるとされている．

利用する．インタフェース使用時に得られる静電容量画像

これは PUCs [11] でも報告された現象で，PUCs では先述の例を図 5 に示す．

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ここで，インタフェースをタッチサーフェスに取り付け
インタフェース貼付部て，様々な方向に向かって引張することを考える．この時（導電性シート接触部）の吸盤の様子を観察すると，吸盤をどれだけ強くサーフェ
ス面に押し付けていても，吸盤内側（吸盤がタッチサー
フェスと接する面）に，空気だまりが残っていることが分かった．そして，吸盤がある方向に倒されると，内部の空
気だまりが，吸盤が倒された方向と逆側の方向に移動することが判明した．これにより，吸盤とサーフェスの接触面も変化し，吸盤内側に配置された導電体とサーフェス内部のセンサ間のインピーダンス値も変化すると考えられる．

図 5

インタフェース仕様時に得られる静電容量画像

インタフェースを右側に倒した時のことを考えると，空気
だまりは倒した方向と反対の左側に移動する．この時，吸インタフェースを取り付け，インタフェースの持ち手部分

盤の形も変化するため，空気だまりが移動した場所の導電をつまみ，最大 5.0cm まで，0.5cm 刻みで引張した．この体とセンサの距離は，インタフェースを倒す前よりも遠く時，吸盤が取り付けられた部分に対応する合計 49（7×7）

なる．そのため，その場所のセンサから得られる流出電流の静電容量センサの流出電流のセンサ値の総和を，流出電値は減少する．反対に，インタフェースを倒した方向であ流値として記録した．引張は各長さの引張ごとに 10 回行る右側の導電体とセンサの距離は近くなり，流出電流値は

い，総試行回数は 100 回 （10 回 ×10 種の長さ）である．

増加する．よって，これを利用し，把持した時の静電容量

4.1.2 結果

画像とインタフェースを倒した時の静電容量画像を比較す

図 6 に，引張操作時の静電容量センサ値の計測結果の平ることによって，引張方向を推定することができる．まず，均値を，標準偏差を表すエラーバーと共に示す．図 6 に示

ユーザはゴムチューブインタフェースをタッチサーフェ

す通り，引張強度が大きくなるほど，流出電流値が小さく

スに固定した後，インタフェースの把持部を持ち，キャリなっていることが分かる. ゴムチューブインタフェースのブレーションする．キャリブレーションでは，静電容量画

引張した長さ x(cm)，流出電流値を y(a.u.) とすると，線像に含まれる横 15 個 × 縦 27 個のキャパシタごとの流出形補間した式は，y = −225.85x + 3262.5 となった．決定

電流値から，タッチサーフェスにおける流出電流値の重心係数 R2 は 0.9929 であり，回帰式は高い精度で引張長と流を算出する．この時の重心を基準点として保持し，静電容

出電流値の関係を表していると言える．したがって，ゴム量画像が更新される度に重心の算出を行い，キャリブレー

チューブインタフェースによって，引張強度の相対的な変ション時の重心との位置を比較する．これにより，インタ化を認識できる可能性があることが分かった．また，Tukey

フェースをどの方向に引張しているかを推定することがで法で多重比較検定を行ったところ，長さの差が 1.5cm 以上

きる．基準となる重心を保持するため，インタフェースのあれば，どの長さ間においても，流出電流値の平均が有意

取り付け場所を変更した場合，再キャリブレーションが必に異なるという結果が得られた．したがって，本プロトタ要となる．なお，吸盤内の空気だまりの大きさは取り付けイプを用いて最大 5.0cm まで引張するとした場合，4 段階

方によって変動するが，今回使用した吸盤をインタフェーの引張強度分類 (0cm, 1.5cm, 3.0cm, 4.5cm) を行うことが

ス引張時に外れないよう取り付けた範囲では，その大きさ出来る．また，本プロトタイプでの 1.5cm の違いは，抵抗の変動によって推定に支障がでることはなかった．また，値に換算すると約 10kΩ である．なお，3.1 節で述べた仮説

静電容量画像のリフレッシュレートはタッチサーフェスのでは，抵抗値の変化率は引張長の変化率の 2 乗となるはず

性能に依存するが，今回使用したタッチサーフェスでは，だが，今回の実験の結果では，流出電流値は線形に減少しほぼリアルタイムな計測と推定が可能であった．

た．これは，ゴムチューブ以外の部分の抵抗値が十分に大4. 評価実験
4.1 引張強度と流出電流値の関係についての評価きかったために，ゴムチューブ部分の抵抗値の変化がイン
タフェース全体の抵抗値に与える影響が比較的小さくなったためだと考えられる．

本実験では，提案システムによって静電容量方式タッチ
サーフェスに入力可能な引張操作において，引張強度推定

4.2 引張方向と流出電流値の関係についての評価の精度を定量的に評価することを目的として，ゴムチュー

本実験では，提案システムによって静電容量方式タッチブインタフェースをサーフェス平面と垂直に引張した時のサーフェスに入力可能な引張操作において，引張方向推定

流出電流値を評価した．

の精度を定量的に評価することを目的として，ゴムチュー

4.1.1 実験手順

ブインタフェースをサーフェス平面と水平方向に引張した実験手順としては，タッチサーフェスの中央部に吸盤で© 2023 Information Processing Society of Japan際の，引張方向推定精度と流出電流値を評価した．

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図 6

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図 7

ゴムチューブの引張強度とサーフェスの流出電流値

4.2.1 実験手順

入力面水平方向に引張した際の流出電流値

操作順序によらず，どの順序で操作を行っても同様の結果

実験は以下の手順にて行った．まず，ゴムチューブイン
タフェースをタッチサーフェスの中央部に取り付け，ゴム
チューブインタフェースを把持し，キャリブレーションする．次に，ゴムチューブインタフェースを把持して，入力が得られると考えられる．

5. 議論
5.1 提案手法について面に添って倒した状態で水平方向に引張し，引張した 5 秒

今回提案したゴムチューブインタフェースは，吸盤の底間の流出電流値の平均値と，静電容量画像から得られる推面に接着させる素材として，任意の大きさや形状への加工

定引張角度を記録した．引張方向は，サーフェスの入力面のしやすさやメンテナンスの容易さから，導電シートを採と正対した時の右方向を 0 度として，反時計回りに 315 度用した．だが繰り返し使用すると，吸盤の底面に接着したまで，45 度刻みで 8 方向に引張を行った．また，引張する導電シートがはがれてしまい，それにより吸盤の吸着力が長さは，2cm，5cm，8cm の 3 種類である．同じ角度・同

落ちてしまうことが分かった．この問題の対処法として，じ長さでの引張は各 5 回ずつ行い，総試行回数は 120 回 (5新たな底面素材を検討することや，導電シートの接着方法

回 ×8 方向 ×3 種類) であった．

を変更することが考えられる．

4.2.2 結果

また，本手法は 3.3 節で述べたタッチサーフェスで検証

実験結果を表 1 に示す．実験結果から，引張強度が大きを行っている．タッチサーフェスの静電容量画像の解像度

くなるほど，推定角度の正確さは向上し，標準偏差は小さく

やリフレッシュレートが低い場合，それに伴って本手法のなっていくことが確認できた．また，推定平均誤差は引張精度も低下すると予想されるが，一般的な流出電流値が取

◦

◦

◦

長が 2cm，5cm，8cm の時それぞれ，16.94 ，4.73 ，2.31 で得できるタッチサーフェスであれば，基本的には本手法があった．次に，引張した時の流出電流値の平均値は，2cm，適用可能だと考えられる．

5cm，8cm の時それぞれ，3203.6，2815.4，2373.2 であり，標準偏差は 73.5，36.4，45.5 であった．ゴムチューブの長5.2 応用アプリケーションについて

さは 5.0cm であるため，入力面平行方向に 2cm，5cm，8cm

本インタフェースの応用として，日常の引張インタラク

引張した時，ゴムチューブはそれぞれ，0.39cm，2.07cm，ションを模した操作の入力が考えられる．例として，パチ

4.43cm 伸びることになる．これらのゴムチューブの伸び

ンコや弓のような，弦を弾いてモノを飛ばすといった操作による流出電流値と，引張強度の実験で，入力面と垂直方をゴムチューブインタフェースで行い，タッチサーフェス

向にゴムチューブを伸ばしたとき流出電流値を図 7 に示の画面内で射撃をするゲームが考えられる．本手法では，す．ゴムチューブインタフェースを入力面と水平に伸ばし

ほぼリアルタイムに引張強度や引張方向が認識可能であたときの流出電流値の変化が，入力面と垂直に伸ばしたとるため，弾を射出する強度や，方向も制御することもでき

きの流出電流値の変化と，近い変化をしていることが分かる．これにより，ユーザに対して引張に応じた力覚フィーる．つまり，引張方向によって静電容量画像内で流出電流

ドバックを与えることが可能となる．

値の分布は変化するが，その合計値はあくまでゴムチュー

また，もう１つの応用として，引張インタラクションをブおよび導電性インクの引張強度のみに依存していると

メタファとして利用することで，タッチサーフェス画面考えられる．したがって，本研究で提案したゴムチューブ

内の情報を操作するアプリケーションが考えられる．例

インタフェースは，その引張強度と引張方向を同時に推定として，引張インタラクションを情報の吸引（すなわち，可能であり，これらの複合操作も認識可能であることが分

コピー操作）として使用することが挙げられる．何らかのかった．また，これらの機序から，引張強度と引張方向のファイルが存在する位置にゴムチューブインタフェースを© 2023 Information Processing Society of Japan93

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表 1
角度（◦ ）

2cm
5cm
8cm

推定角度（◦ ）ゴムチューブインタフェースの推定角度と標準偏差
0
45
90
135
180
225

329.0859.89

129.70150.20186.15231.94270

315

281.82305.05

標準偏差（◦ ）

10.68

10.77

17.72

6.50

6.80

10.46

9.29

4.71

推定角度（◦ ）355.86

40.32

85.62

140.37177.08218.76270.15325.00

標準偏差（◦ ）

2.22

3.17

7.85

3.43

3.74

2.95

4.72

2.73

推定角度（◦ ）357.34

43.34

87.09

137.19179.81222.66272.37319.23

標準偏差（◦ ）

1.83

2.24

4.19

2.09

3.63

2.10

3.91

1.97

固定して引張することで，そのファイルをコピーする．そかった特徴量を利用することで，先述した複合的な入力モの後ゴムチューブインタフェースを取り外し，別の画面にダリティの拡張を目指す．

ゴムチューブインタフェースを取り付けることで，先ほどコピーしたデータをペーストするなど，物理的なメタファを用いた直感的な操作を割り当てることで，作業スピードの向上が可能になると考えられる．

5.5 オクルージョン
本研究で提案したゴムチューブインタフェースは，サーフェスへの固定に吸盤を用いている．ゴムチューブインタ
フェースをサーフェス表面に固定したとき，吸盤で画面が5.3 人体インピーダンスの影響覆い隠されてしまう，オクルージョンの問題が発生する．

本研究の評価実験は，筆者のうちの 1 人によって実施し画面の情報の視認性は悪くなり，さらに吸盤があることにた．しかし，タッチサーフェスにタッチした際の静電容量

よって，この範囲の通常のタッチ入力も妨げられる．現在，変化は，サーフェスと人の GND 状態や，タッチの状態（圧ゴムチューブインタフェースの吸盤内に配置している導電力や接地面積）の他，人体インピーダンスにも影響を受けシートは，ドーナツ形状になっている．予備実験の結果かる．そのため，同じ GND 状況，タッチ状態であっても，ら，この内径は 1.6cm 以上である必要があり，外径が大き実験参加者ごとに流出電流値は異なる値となることが予想

いほど引張強度推定や引張方向推定の精度が高くなることされる．本研究では，同一ユーザが本インタフェースを用が分かっているため，ドーナツ形状の導電シートを用いた

いた時のインタラクション精度の評価を目的としたため，

ゴムチューブインタフェースのこれ以上の縮小化は難しい

同一人物によるデータを比較した．今後，異なる人体インと考えられる．導電シートの大きさをこれよりも小さくす

ピーダンスを持つ実験参加者でも同様に引張操作が認識可るための方法の１つは，より最適な導電シート形状を選定能であることを検証する予定である．

することが考えられる．様々な形状パターンを探索することで，少ない面積で本インタフェースの機構を再現可能な

5.4 複合的な操作・その他の操作の可能性
今回提案したシステムでは，サーフェス平面に垂直な方向への引張の強度と，サーフェス平面に水平な引張の方向パターンが見つかる可能性がある．

6. まとめの 2 種類の操作の認識に留まっている．本研究の今後の方本研究では，既存の静電容量方式タッチサーフェスに取向性としては，引張以外の操作（例えば「ゴムをギュッとり付けることで，タッチサーフェス面から垂直に遠ざかるつまむ」「ゴムをひねる」といった操作）を可能にするとい方向への引張力を入力可能にするシステムを提案した．提うモダリティ拡張が考えられる．これにより多様な入力が案するゴムチューブインタフェースは，その引張強度に応可能になり，応用の範囲も広がる．これらの動作は他手法

じて抵抗値が変化するように設計されており，この抵抗値でも実現されているが，本手法を用いることで，引張強度の変化をタッチサーフェスからの流出電流値によって認識の推定を同時に行うことができると考えられる．ただし，する．この流出電流値の大きさと，インタフェースを入力

複合的な操作によって正しく推定できなくなる可能性があ

面に固定することによって生まれる静電容量画像を利用する．例えば，一部分を強くつまんだ状態と，全体を伸ばしることで，新たなセンサや電源を用いることなく，入力面た状態を混同してしまうなどが考えられる．必要なインタに取り付けたインタフェースの引張強度および，引張方向

ラクションに合わせて，今回のような 1 つの一様なゴムの入力を可能にする手法を提案した．そして，実装したイチューブだけでなく，引張される部分の形状や，サーフェンタフェースを用いて，インタフェースの引張強度推定とスに接触する部分の形状を工夫する必要がある．また，今引張方向推定の精度を調べる実験を行った．その結果，引回の引張強度・方向推定では，タッチサーフェス内部のセ

張強度推定では 1.5cm 区切りの 4 段階の強度計測を高精ンサが計測した流出電流値とそこから得られた静電容量画度で推定可能であることが分かり，引張方向推定では，入像を用いていたが，これに加えて，SVM や DeepLearning

力面と水平に 5.0cm の引張時に，平均誤差 4.74◦ の精度でといった機械学習によって，単純な処理では見つけられな

推定することができた．さらに本手法では，多方向への引© 2023 Information Processing Society of Japan94

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IPSJ Interaction 2023

INT23011
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張時でも，引張強度推定の機能を保持できることを確認できた．今後の展望としては，ゴムチューブインタフェースを利用した応用アプリケーションの開発や，認識可能なイ
ンタラクションを拡張することが挙げられる．今回提案したシステムでは，サーフェス平面に垂直な方向への引張強度と，サーフェス平面に水平な引張方向を推定することに[7]留まっている．これを拡張して，引張以外の操作（例えば「ゴムをギュッとつまむ」「ゴムをひねる」といった操作）を可能にすることで，より多様な入力が可能になる．これ
らの動作は他手法でも実現されているが，本手法を用いることで，引張強度の推定も同時に行えると考えられ，応用[8]の範囲も広がると考えられる．今回の引張強度・方向推定
では，タッチサーフェス内部のセンサが計測した流出電流
値とそこから得られた静電容量画像を用いていたが，今後はこれに加えて，SVM や DeepLearning といった機械学習を利用することで，上に述べたような入力モダリティの拡[9]張を目指す．
謝辞 本研究の一部は，JSPS 科研費 JP20H04228 の助成を受けた.

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