電気学会研究会資料（知覚情報/次世代産業システム合同研究会）
The Papers of Joint Technical Meeting on "Perception Information" and "Innovative Industrial System", IEEJapan
2022.8.26

PI-22-038
IIS-22-051

テクスチャ触感認知における撫でる方向の影響〜布地を対象とした検討〜
山﨑陽一＊

藤原大志

長田典子（関西学院大学）

Influence of Stroking Direction for Tactile Perception regarding Material Surfaces-Case study of FabricsYoichi Yamazaki *, Taishi Fujiwara, Noriko Nagata, (Kwansei Gakuin University)
Tactile perception is constructed by touching a material freely with hands. However, various types of touch exist, and we needto clarify the relationship between touch and tactile perception regarding tactile quantification. To clarify the relationship, westudied the relationship between the texture perception and the finger vibration, which is occurred when stroking the fabric surface.
As the results, we found that the relationship between vibration and tactile perception by stroking toward the fingertip differs fromthe relationship when stroking toward other directions.
キーワード：触感，アクティブタッチ，皮膚振動，触感定量化(Tactile perception, Active touch, Cutaneous vibration, Tactile quantification)て，表面性状や弾性特性といった評価対象物の物性から，触1. はじめに感認知に関わる物理量と親和性の高い特徴量を導く試みも感性工学は，感性の働きに注目することで新たな価値を報告されている(12)〜(14)。このように定量化に関してはメカつくり，価値を交換することによって，産業・経済・文化のニズムの解明から応用まで幅広い取り組みが行われている発展を支える科学技術(1)である。モノや設計パラメータにおが，基本的に定量化の取り組みにおいて触れ方の要因は定ける物理要因と、それらが喚起する感性的反応（価値、感情、数的に取り扱われてきた。

印象など）を計測し，得られた感性量を真値（grand truth）

Lederman 等は，触れ方と触感の関係に言及し，触れ方のとして物理量との関係をモデル化することによって，物理カテゴリ化と，触れることにより確認する触覚情報（硬さ，要因により喚起される価値や印象を定量化・可視化し，逆に温度，体積，形状，重さ，テクスチャ等）の性質に応じて異価値や印象をもたらす物理要因を求める技術である。感性なる触れ方をすることを報告した(15)。この研究で示唆され工学分野のこれまでの研究が視覚，聴覚中心であったのにる触れ方と触感との密接な関係は多くの研究により支持さ対し(2)〜(5)，近年，触覚に関わる感性価値への期待が急速にれ，これまでに触れ方と触感との関係について多くの知見高まっている。

が蓄積されてきている。この研究の進展に伴い，触れ方と触触感は，自らが手指を能動的に動かすことで対象物と接触し，この接触により生じる皮膚の相対的な変形等から刺感の間に横たわる複雑な触感認知メカニズムの存在が示唆されているが，その解明にまではいたっていない(16)。

激，手指の運動に関する情報，触れた意図に関する情報など

一方で，精密な触感の定量化の実現においてはこのメカを統合する高次な情報処理過程を経て感じる主観的な感性ニズムの解明が必要である。ここで指の解剖学的構造と触量である。触感の定量化においては，その形成に関わる認知れ方の関係について検討する。指は爪，表皮，真皮，皮下脂メカニズムを把握することが重要である。そのため様々な肪，骨などの複数の組織から形成されており，その解剖学的取り組みが行われている。厳密に触れ方を統制する観点か構造は触感の形成に影響することが報告されている(17)。そらは，撫でる動作を模倣する機械を作成し，接触子により対して，指の構造は基本的に等方的ではないことを考えると，象物を撫でた際に生じる物理量と物理量の関係から触感認

撫でる方向が異なると皮膚に生じる振動は異なると予測さ知メカニズムの検討が行われている(6)〜(9)。一方で，ヒトがれる。触れ方が統制された条件において導かれた振動と触対象物を撫でた際に生じる物理量を重視した取り組みも報感の関係を表す定量化モデルに基づくのであれば，振動の告されている(10)(11)。更に，これらの取り組みにより解明さ特徴が異なるのであれば撫でる方向毎に得られる触感が異れた触感認知メカニズムの応用を企図した取り組みとしなるはずである。その一方で，我々はロバストに対象物の触－ 17 －

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表1
Table 1.

評価項目一覧

List of evaluation words
Evaluation words

Sensory clustervvi

図1h

C1: 視覚hi

サンプルに対する 4 種類の撫で方

Fig. 1.

C2: フルモーダル

Four types of stroking for the sample

C3: 視・触覚10mm

光沢のないー

光沢のある

⽬⽴つー

⽬⽴たない

丈夫なー

華奢な汚いー

綺麗な快適なー

不快な均⼀なー

不均⼀な

柔らかいー

硬い

すべすべした ー ざらざらした

HC02

HC03

C4: 聴覚10mm

HC01

Sailcloth

Denim

Cotton linen

HC05

HC04

C5: マルチモーダル

HC06
C6: 触覚GauzeTowel

HC07

Felt

HC08

FleeceHC09

Sweat 1

HC10ー

弱いー

陰気な不安なー

安⼼な

個性的なー平凡な暖かいー

冷たい

⼈⼯的なー

⾃然な

⾼級感のある ー

安っぽい

粘ついたー

乾いた

弾⼒のあるー

弾⼒のない馴染むー

馴染まないじる振動の両面から検討する。

2. 主観評価及び振動計測実験

Sweat 2

HC11

強い陽気な本章では，図 1 に示した 4 種類の撫で方により得られる

HC12

主観的な触感と指に生じた振動情報を取得するための，主観評価及び振動計測実験について示す。
Silk 1

Velvet 2

Velvet 1vi

ずれの参加者も健康状態は良好で右手を利き手としていleft hi

図2
Fig. 2.

大学生及び大学院生計 10 名（男性 6名，女性 4 名，平均年齢 22.8 歳±1.7 歳）が参加した。いHC13

Silk 2〈2･1〉 参加者

tophた。参加者は個室内で実験の内容について説明を受けた後

rightvに実験に参加することに同意した上で，同意書に署名した。

bottomまた，この実験は関西学院大学人を対象とする行動学系研究倫理に則り実施した。研究協力者は自由意志での参加で実験刺激あり，事前に実験責任者から口頭及び書面で本研究の目的，Experimental stimuli

内容および参加者の権利を十分に説明し，書面にて参加の感を得ている点を考慮すると，前述の統制した定量化モデ同意を得ている。
〈2･2〉 実験刺激

ルによる解釈は限定的であり，我々が実際に獲得してい豊，平デ井機械⼯業株式会社）(18)から，8 号帆布（Sailcloth）

実験では，質感サンプルセット（⽵かな触感を十分に説明できない可能性が考えられる。しかニム（Denim），綿⿇（Cotton linen），ガーゼ（Gauze），タしながら，この議論に必要となる，撫でる方向が触感に影響

オル（Towel），フェルト（Felt），フリース（Fleece），スウするかといった点については明らかにされていない。

ェット（Sweat），ビロード（Velvet），シルク（Silk）の 10種に，異⽅性を考慮し撫でる⽅向を変えた 3 種を加えた計

そこで本研究では，将来的な触れ方まで考慮した精緻なテクスチャ触感の定量化を目指し，撫でる方向が触感認知

13 種の布を用いた(図 2)。各サンプルは， 10×10 [cm] のに及ぼす影響を，主観評価によって得られる主観的な触感成形された金属板に貼り付けられている。と，触感形成の一次情報である対象物を撫でた際に指に生〈2･3〉 評価項目

－ 18 －

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実験に先立ち，先行研究から布等PI-22-038
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表2Table 2.

二元配置分散分析結果

Table of the results for two-way ANOVA
SampleEvaluation words

Stroke direction

Interaction

FpFpFp

快適なー

不快な18.50.00**

1.16.34

1.12.33

均⼀なー

不均⼀な25.80

.00**

3.83

.02*

1.86

.10

柔らかいー

硬い

17.20

.00**

1.59

.21

1.11

.37

38.46

.00**

.66

.58

1.89

.10

すべすべした ー ざらざらした
個性的なー

平凡な

3.17

.03*.75

.51

1.02

.43

暖かいー

冷たい

11.37

.00**

.74

.54

1.47

.19

⼈⼯的なー

⾃然な

3.10

.05*

1.55

.23

.94

.48

⾼級感のある ー

安っぽい

36.00

.00**

1.38

.27

1.23

.30

粘ついたー

乾いた

5.17

.00**

1.38

.27

.90

.47

弾⼒のあるー

弾⼒のない

4.70

.00**

.50

.69

2.13

.05

馴染むー

馴染まない

8.92

.00**

1.26

.31

1.06

.40

から感じる感性的質感を表現する合計 81 語の評価語対を収て撫でる場合 (v)，左から右に向かって撫でる場合 (h)，右集し， MD (Modality Differential)から左に向かって撫でる場合 (hi)，の 4 種類である。

法(19)による評価実験に実験参加者は，サンプルを撫でた際より，各評価語対と関係が強い感覚モダリティの観点から〈2･7〉 手続き

評価語対を分類した。この結果，C1:視覚，C2:フルモーダル，に生じる振動の計測と主観評価を，52 試行（13 サンプル×C3:視・触覚，C4:聴覚，C5:マルチモーダル，C6:触覚，の 64 方向）行った。また，順序効果の影響を考慮し，提示するつの感覚クラスタを代表する 18 の評価語対を抽出した (表実験刺激と指示する撫で方の順番は参加者毎にランダムに1)。本研究では，触覚と関係する C2:フルモーダル, C3:視・した。各試行において，参加者は最初に提示された実験刺激

触覚，C5:マルチモーダル，C6:触覚，の感覚クラスタに属すについて指示された撫で方向で最も心地良い撫で方を探査

る 11 評価語対を分析に用いた。

した。その後，振動計測のために探索により発見した最も心〈2･4〉 実験環境

実験は照明環境が統制された防音

地良い撫で方で実験サンプルを 10 回撫でた。最後に最も心室において，参加者と実験者が実験刺激を提示する机越し

地良い撫で方で実験刺激を撫でつつ，表 1 の評価語対につに対面した状況で着座した上で実施した。なお，実験中は参いて 7 段階の SD 法により評価を行った。なお，評価におけ加者が実験刺激を視認できないようにするため，参加者とる順序効果の影響を考慮し評価語対の極性及び評価項目の実験刺激の間をカーテンで仕切った。

並びは参加者毎にランダムに変更した。

〈2･5〉 振動量計測

テクスチャ触感を形成する主要な物理量である皮膚の振動を，Haplog（カトーテック社製）

3. 結果と考察(20)を用い計測した。Haplog は，指腹の変形をひずみゲージを内蔵したセンサにより捉えることで，指に加わる力の経〈3･1〉 撫でる方向と主観的な触感の関係時的変化の計測が可能である。本研究では，この指に加わる実験の結果に基づき，撫でる方向が主観的な触感の形成に主観評価力の時間的な変動を振動として計測し分析する。なお，皮膚影響を及ぼすのかを検討した。この分析は，触覚と関係が強内に存在する主要な 4 つの触覚受容器の応答周波数特性は

い C2:フルモーダル, C3:視・触覚，C5:マルチモーダル，C6:

大凡 200 [Hz]までの帯域であることから，サンプリング定触覚，に属する，快適な−不快な，均一な−不均一な，柔らか理により 400 [Hz] 以上のサンプリングであれば触感の形い−硬い，すべすべした−ざらざらした，個性的な−平凡な，成に関わる主要な情報を取得できると考えられる。この観

暖かい−冷たい，人工的な−自然な，高級感のある−安っぽい，点からサンプルリング周波数を 1000 [Hz] と設定した。

粘ついた−乾いた，弾力のある−弾力のない，馴染む−馴染ま〈2･6〉 撫で方ない，の 11 評価語対の結果を対象とする。

実験参加者は，テーブルの上に提示された実験刺激を利き手の人指し指を用いて，実験者から指最初に，これらの評価語対について主観評価実験によって定された方向に最も心地よい撫で方で指を動かし実験刺激得られた 10 人分の評価データに対して，7 段階の評価尺度を撫でる。実験者から提示される撫で方は，図 1 の 4 種類を 0〜6 点で点数化した。その後に，実験サンプルと撫で方で，上から下に向かって撫でる場合 (v)，下から上に向かっ－ 19 －

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Unevenfrom top to bottom (v)from bottom to top (vi)from left to right (h)from right to left (hi)Evenvvi
Stroke direction

図3Fig. 3.

hhi**: p < .01, *: p < .05

多重比較結果（均一な−不均一な）Result for Multiple comparison (even – uneven)
図4
Fig. 4.

向を要因とする二元配置分散分析を実施し，その結果を表 2

撫でる方向毎のパワースペクトル密度

Power spectrum density for each stroke direction.に示した。まず，実験サンプルの要因については，全ての評価語対について主効果 (p < .05) が認められた。これは実験左(hi)であることが分かる。また標準偏差に着目すると全体サンプルに幅広い触感を提供する布地を用いており，これ的に 2 [dB] 程度であることが分かる。下から上に撫でる場を採用した評価語対により捉えられていることを確認でき合(vi)は，他の撫でる場合に対して，標準偏差よりも明らかた。この上で，撫で方向の要因に着目すると，「均一な−不均に大きな差異が生じていることから指に生じる振動は撫で一な」を除いた 10 種の評価語対で主効果が認められず，基る方向の影響を受けることが分かる。

本的に撫でる方向は主観的な触感評価に影響しないことがこの結果は，指の解剖学的構造からも妥当であるといえ分かった。

る。指の解剖学的構造を上下方向についてみた場合，非対称一方で，主効果が認められた「均一な−不均一な」についてな構造を有しており，v と vi で振動特性が異なることは妥多重比較による検定を実施し，上から下に向かって撫でる当であると考えられる。また，上下方向に対して，左右方向る場合(v)と下から上に撫でる場合 (vi)の間で有意差の構造は対照的であり h と hi で似た振動特性が得られたこ(p < .05) が認められ，下から上に撫でた場合，より強く不とも妥当であると考えられる。

均一であると感じていることが分かった（図 3）。ただし，〈3･3〉 振動情報を調整する撫で方と対応した物理量その差異は 0.35 と小さく，撫でる方向が主観的な触感評価に及ぼす影響は小さいといえる。

指に生じる振動は撫でる方向の影響を受ける一方で，主観的な触感は撫でる方向の影響が殆ど認められなかったことから，テクスチャ触感の形成においては，振動情報を撫で〈3･2〉 撫でる方向と指に生じる振動の関係

まず，方により調整するメカニズムが存在することが示唆されテクスチャ触感の形成に影響する振動情報として，coif5 基る。ここで疑問となるのが，撫で方と対応するどの物理量が底の離散ウェーブレット解析により約 10 [Hz] より高い周振動情報の調整に寄与しているかといった点である。これ

波数成分を選択的に抽出した。この抽出された高周波数成を明らかにするため，主観的な触感として唯一撫でる方向分のデータに対して，Welch 法（窓幅 0.5[s]、重複率 0.5）を適⽤し、パワースペクトル密度を推定した。その後，撫での影響が認められた「均一な−不均一な」に着目した。

る方向毎にパワースペクトル密度の平均値と標準偏差を計さに対応付けられる。このマクロ粗さは，テクスチャの表面算し，結果を図 4 に示した。図中の実線は平均値，破線は標波長が数百μm〜1mm 前後の比較的大きな構造と対応した準偏差を表している。また，60 [Hz] と 120 [Hz] に確認さ粗さであり，メルケル細胞の活動の空間分布から形成されれるピークは，ひずみゲージに混入した商用電源由来のノることが神経科学的観点から指摘されている(21)。この性質イズであり，本論文における検討はこのピーク以外の成分を考慮すると，「均一な−不均一な」は，スタティックな圧力について行う。の分布に関する物理量がその形成に強く影響したと考えら「均一な−不均一な」は，材質感次元においてはマクロ粗

撫でる方向に関わらず共通した傾向として，周波数が高れる。すなわち，スタティックな圧力分布の形成に関わる押くなるのに伴いパワーは減衰する。その一方で，50〜250

込み力に基づき振動情報が調整された可能性が考えられ[Hz] の周波数帯域において撫でる方向毎の特徴の差異がる。

大きいことが分かる。下から上に向かって撫でる場合(vi)がこれを検証するため，計測した力の経時的変化から，撫で最も強い振動を生じ，次に強い振動を生じるのが下から上ている間の押込み力に関する特徴量を抽出し，撫で方とのに向かって撫でる場合(v)で，その次は左から右(h)と右から関係を検討した。手続きとしては，1 試行の力の経時変化を－ 20 －

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謝辞
本研究の一部は，COI STREAM「感性とデジタル製造を直結し，生活者の創造性を拡張するファブ地球社会創造拠点」，JSPS 科研費 21K12659 によった。

文

図5
Fig. 5.

撫でる方向毎の押込み力

Press force for each stroke direction.

記録したデータから 90 パーセンタイル以上の力が加わったデータを抽出し，その平均値を押込み力の特徴量として算出した。この押込み力を，撫でる方向毎に集計し箱ひげグラフとして図 5 に示した。全体的に 2 [N] 程度での押込み力で触れていることが分かる。また，分散分析を行ったところ
撫でる方向の間での主効果は認められなかった (F = 2.03,p = .13)が，p 値は比較的小さく，傾向として下から上に向かって撫でる場合 (vi) が最も押込み力が強く，上から下(v)，右から左 (hi)，左から右 (h) の順番に押込み力が小さくなる。この傾向は，撫でる方向と押込み力が関係することおを示す結果であり，押込み力による振動情報を調整の可能性を支持する結果である。

4. まとめ本研究では，テクスチャ触感の定量化における撫で方の影響を明らかにするため，撫でる方向が触感に及ぼす影響を，主観的な触感と指に生じる振動の両面について検討した。結果，主観的な触感については，マクロ粗さを表す「均一な−不均一な」を除いて，撫でる方向がその評価に影響しないことが分かった。一方，指に生じた振動は，下から上に向かって撫でた場合に周波数特性が他の撫でる方向と異なり，撫でる方向の影響を受けることが分かった。また，撫でる方向に対する押込み力の関係についても検討し，主効果は認められなかったが撫で方により押込み力が変化する傾向が確認できた。これらの結果から，テクスチャ触感は，撫でる方向の違いと対応した押込み力による振動情報の調整を経て形成されることが示唆された。今後は，精緻なテクスチャ触感の定量化の実現を目指し，振動情報と押込み力の定量的な関係解析に取り組む。

－ 21 －

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