情報処理学会 インタラクション 2018
IPSJ Interaction 2018

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2018/3/5

ジャミング転移を利用した食感提示システム
笹川 真奈1

新島 有信1

青木 良輔1

渡部 智樹1

山田 智広1

概要：本研究では，咀嚼状況に応じて口内の物体にジャミング転移を発生させることで，異なる食感を提示するシステムを提案する．ジャミング転移とは，粉粒体が密度によって異なる振る舞いをする物理現象である．本研究の初期検討として，異なる硬さをユーザに提示するプロトタイプの実装，およびプロトタイプを用いたユーザ実験を行なった．結果，本システムが提示する異なる硬さを，ユーザが口内で判別可能であることが確認できた．本検討により，咀嚼をする毎に柔らかくなるなど，多様な食感を提示できる可能性が示された．

A system to display food texture based on the jamming transition
Mana Sasagawa1

Arinobu Niijima1

Ryosuke Aoki1

Tomoki Watanabe1

Tomohiro Yamada1

Abstract: We proposed a system to display various food texture based on the jamming transition according
to the chewing situation. The jamming transition is a physical phenomenon that powder particles behave
diﬀerently depending on density. We implemented a prototype that displays various hardness to users. As aresult of the user experiment, users can distinguish diﬀerent hardness displayed by this system in the mouth.
This result showed that the feasibility of displaying various food texture.

1. はじめにという物理現象を利用する．ジャミング転移とは，粉粒体が密度によって異なる振る舞いをする物理現象である．密

近年，バーチャリアリティ技術における提示感覚として，度が大きくなると固体，小さくなると流体のように振る舞食感が注目されている．Niijima ら [4] は咀嚼筋に電気刺激う．例えば，Brown ら [1] や Follmer ら [2] は，ロボットを与えることで，Iwata ら [3] は口にくわえたアクチュエー

アームの先やユーザインタフェース用デバイスの形状を柔タで歯に反発力を与えることで，食感を提示している．こ軟に変えるために，ジャミング転移を利用している．これ

れらの研究は，咀嚼訓練やエンターテイメント，食品デザらの研究では，粉粒体の入った袋を柔らかい状態で変形さインなどへの応用が考えられている．

せた後に，袋の内部の空気を抜くことで硬くし，形状を維

食感とは，「歯ごたえ」「口当たり」など，口内で感じる持している．このように，袋の内部の気圧を制御すること食品の物理的性質である [7]．したがって，食感を提示するで，硬さおよび形状を制御できる．また，吉元ら [5] は，ためには，食品の硬さおよび形状を口内に対して提示する

粉粒体の入った袋を指先に装備し，袋の内部の水を出し入ことが重要だと考える．しかし，既存の研究では，口に何れする程度を変えることによって，異なる触感を提示するも含まない状態 [4] や，対象が歯に限定された状態 [3] で力ディスプレイを提案している．そこで我々は，空気を出し覚フィードバックを与えているため，口内に対する硬さお入れする程度を調整し，袋の内部の気圧を変化させることよび形状の提示は難しい．そこで，本研究では，口に含むによって，気圧に応じた異なる硬さを提示できると考えた．

物体の硬さおよび形状を変え，口内に対して力覚フィードバックを与えることで，食感を提示する手法を提案する．
硬さおよび形状を制御する方法として，ジャミング転移
1

日本電信電話株式会社 NTT サービスエボリューション研究所
NTT Service Evolution Laboratories, NTT Corporation© 2018 Information Processing Society of Japan

2. 提案
本研究では，口に含む物体の硬さおよび形状を変化させることで，口内に対して多様な食感を提示するシステムを386

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提案する．口に含む物体は粉粒体の入った柔軟性のある袋を使用する．硬さおよび形状は，袋の内部の気圧を制御し，ジャミング転移を発生させることで変化させる．
本稿では初期検討として，本システムが提示する異なる
図 3

硬さをユーザが口内で判別可能かを検討する．本検討のため，異なる硬さをユーザに提示するプロトタイプの実装，およびプロトタイプを用いたユーザ実験を行った．

3. 実験デザイン
3.1 実験目的
異なる硬さを提示するプロトタイプを用いた場合の，人間が口内で知覚できる硬さの範囲，および，その範囲の中で知覚できる硬さの段階数，を明らかにする．

3.2 実験装置
プロトタイプとして，異なる硬さを提示する装置を実装した．ユーザは，袋を口内に含んだ状態で本装置を使用する．本装置のハードウェアは図 1 に示すとおり，パーソ
ナルコンピュータ (MacBookPro)，マイクロコンピュータ(Arduino/Genuino Uno)，気圧センサ (MIS-2500-015V)，
真空ポンプ (SparkFun ROB-10398)，袋 (コーヒー粉 20gが入った 9 インチの天然ゴムの風船)，で構成される．
本装置は，袋の内部の気圧を変えることで異なる硬さを提示する．気圧の制御は，マイクロコンピュータが真空ポンプに対して PWM 制御を行うことで実現する．真空ポンプのデューティ比と気圧の関係は，図 2 に示すとおりである．今回はこの図に基づき，デューティ比が 10 から 70 の範囲で真空ポンプを制御した．気圧センサのサンプリング

実験で使用した回答用紙．

レートは 100Hz である．

3.3 実験方法
3.3.1 準備
本実験の前準備として，天然ゴムの風船を天然ラテック
スの風船 (12 インチ) で包み，袋を二重構造にすることで耐久性を上げる．また，衛生面を考慮し，袋を除菌シートで拭いた後，被験者が口内で袋に直接ふれないように，サランラップおよびポリエチレン袋 (厚さ 0.02mm) で 2 重に包む．除菌シートでの拭浄，サランラップおよびポリエチレン袋の交換は被験者毎に行う．加えて，本装置のモータ音を遮断するため，実験中はホワイトノイズを聞いてもらうよう，被験者に指示をする．

3.3.2 手順
本実験では，被験者 11 名 (男性 8 名，女性 3 名) に本装置の袋を咀嚼してもらい，硬さの比較をしてもらう．その後，最も柔らかい状態と最も硬い状態の袋を咀嚼してもらい，硬さが似ている食品を回答してもらう．今回は，被験者に対して 7 段階の硬さ*1 を提示する．これらの硬さを，シェフェの一対比較法 [6] で比較する．各段階の組み合わせ計21 組を咀嚼することで比較してもらい，各組において，どちらの方がより硬いかを，5 段階で回答してもらう (図 3)．
これらの回答結果を分析することで，被験者が口内で知覚できる硬さの範囲および段階数を得ることができる．
詳細の実験手順を以下に示す．

( 1 ) はじめに，本装置を用いた試行を 1 回練習してもらう．
ここでの試行とは以下の流れを指す．

( a ) 本装置の袋部分を 10 秒間，以下のやり方で咀嚼する．

• ユーザにとっての右側の，前歯と奥歯の間，で咀嚼を行う．

• 袋の中心部付近で咀嚼を行う．
• 普段通りに咀嚼を行う．

図 1 実験装置のハードウェア構成．

( b ) 咀嚼が終わったら 10 秒間待機する．待機中は，袋の中身を均等に広げる．

( c ) 本装置の袋部分を再度，10 秒間咀嚼する．
( d ) 終了したら 1 回目の咀嚼時 (a) と 2 回目の咀嚼時(c)，どちらがより硬かったかを 5 段階で回答する．
( 2 ) 練習が終了したら，上記の試行を 21 回行なってもらう．
( 3 ) 全試行が終了した後，上記の試行を 1 度だけ行っても*1

図 2 実験装置におけるデューティ比 (0–255) と気圧 (Pa) の関係．
気圧が安定した後に計測した 1 秒間の平均値をプロットした．

© 2018 Information Processing Society of Japan

袋 の 内 部 の 気 圧 が 0Pa，-10000Pa, -20000Pa, -30000Pa, 40000Pa, -50000Pa, -60000Pa, となる硬さ．Pa が小さいほど袋は硬くなる．

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らい，1 回目の咀嚼時 (a) と 2 回目の咀嚼時 (c)，それぞれの硬さに似ている食品は何か，を自由に記述してもらう．この時の 1 回目と 2 回目はそれぞれ，本装置における最も柔らかい状態と，最も硬い状態*2 である．
図 5

3.4 実験結果
被験者 11 名の回答を分析した結果を以下に示す．提示
した硬さは，柔らかい順に，段階 1，段階 2，段階 3，段階4，段階 5，段階 6，段階 7，とする*3 ．
分散分析の結果，硬さの段階の間に有意水準 1%の有意差が認められた (F (6, 150) = 51.871, p < 0.01)．そこで，多重比較 (有意水準 5%) を行なった結果，図 4 に示すとおり，段階 1 と段階 2，3，4，5，6，7 に，段階 2 と段階 4，5，6，7 に，段階 3 と段階 5，6，7 に，段階 4 と段階 7 に，有意差が認められた．
また，似ている硬さの食品として，最も柔らかい状態に対しては，パン，マシュマロ，最も硬い状態に対しては，氷菓子，クッキー，などが，被験者から挙げられた．

3.5 考察上記の分析の結果より，段階 1，段階 2，段階 4，段階 7の出力をすることによって，ユーザに対して計 4 段階の硬さを提示できると考えられる．また，上記の自由記述の結果より，本装置によって提示できる硬さの範囲は，マシュマロ程度の硬さ (段階 1) から，氷菓子程度の硬さ (段階 7)であると考えられる．

プリケーションでは，フォトリフレクタによって計測した値を元に咀嚼回数を推定し，回数が増える毎に，段階 7，4，2，1 の硬さを出力することで袋の硬さを柔らかくする．

5. まとめと今後の展望
本研究では，ジャミング転移を利用することで，口に含む物体の硬さおよび形状を変化させ，口内に対して多様な食感を提示するシステムを提案した．本稿では初期検討として，硬さに関する検討を行い，結果，異なる硬さが提示できることが確認された．本検討により，多様な食感が実現できる可能性が示された．
今後は，プロトタイプの改良を行うことで，表現できる食感を広げていく．例えば，複数の層を作ることで内外で異なる食感 (フォンダンショコラなど) の表現や，反応速度を向上させることで瞬時に変わる食感 (煎餅など) の表現を実現する．また，今回は硬さに着目した検証を行なったが，今後，形状についての検証も行う．
参考文献
[1]

4. アプリケーション
上記の実験により，ユーザに対して異なる硬さを提示できることが示された．これにより，本システムを用いるこ[2]とで，噛めば噛むほど柔らかくなる，などの表現が可能となり，多様な食感を実現できるようになると考えた．
そこで一例として，咀嚼毎に柔らかくなる食感を提示するアプリケーションを実装した．咀嚼回数を推定するために，上記の実験装置にフォトリフレクタ (QTR-1A) を追加[3]した．アプリケーションの使用シーンを図 5 に示す．本ア
[4]

[5]

[6]
図 4 多重比較の結果．4 を最も硬い，-4 を最も柔らかい，とした硬さの心理尺度をプロットした．
*2*3

袋の中の気圧が 0Pa の状態と，-60000Pa の状態．
袋内の気圧が 0Pa の状態の硬さを段階 1，-10000Pa を段階 2,-20000Pa を段階 3, -30000Pa を段階 4, -40000Pa を段階 5,-50000Pa を段階 6, -60000Pa を段階 7, とする．

© 2018 Information Processing Society of Japan

アプリケーションを使用し咀嚼をしている様子．

[7]

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