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第51回

ハプティックインタフェース
牧 野 泰 才†，前 野 隆 司†
†慶應義塾大学"Haptic Interface" by Yasutoshi Makino and Takashi Maeno (Graduate School of System Design and Management, Keio University, Yokohama)
キーワード：ハプティックインタフェース，触覚ディスプレイ，力覚ディスプレイ

ハプティックインタフェースとは呼ばれます．一方，対象のザラザラ，覚ディスプレイでそれを再現します．

スベスベといった，指先の皮膚変形にこの触力覚情報の取得・提示を行うデよって感じられる感覚もあります．こバイスを総称して，「ハプティックイ

近年，視聴覚情報の提示技術は急速れは，分厚い手袋をしている場合にはンタフェース」と呼びます．本稿では，に進歩しています．3次元映像の提示知覚できないもので，「触覚（Tactile）」

この中でも特に，触感を提示する触力や，サラウンドスピーカシステムなど，と呼ばれます．ハプティックインタフ覚ディスプレイについて解説します．

あたかもその場にいるような臨場感あェースという場合には，主に前者を対触覚は，視聴覚など他の感覚と比べふれる感覚を得られるようになってき象としたデバイスを指す場合が多いでて，感覚器が局在していないという特ています．これら視聴覚情報に触覚情すが，本稿では両方を対象として話を徴を持ちます．指先の感度が高く，背報を付与して，更なるリアルな体験を進めます．

中の感度はそれに比べて鈍いなど，部実現しようというのが，次に目指すべき一つの大きな課題です．

触力覚（触覚および力覚）情報の再位により感度や解像度の差はあります

現，提示には，二つの装置が必要となが，ヒトは全身で対象との接触を知覚

日本語で「触覚」といった場合，主ります．一つは触力覚センサ，もう一することができます．したがって，触に二つの感覚について言及していまつは触力覚ディスプレイです．これは，力覚ディスプレイはさまざまな部位です．一つは，対象のマクロな形状や質映像をカメラで撮影しテレビに表示す実現可能です．ただし，一般的には手量などを，各指の関節角度の変化や関る，あるいは，音声をマイクで録音しを使って対象を操作する場合が多いた

節にかかる力として知覚するものでスピーカで再生する，という関係と同め，手のひらや指に対して感覚を提示す．これは分厚い手袋をしていても知じです．触力覚センサで対象の触感にするようなシステムが大半を占めてい覚できる感覚で，「力覚（Haptic）」と関するさまざまな情報を取得し，触力ます．

制御することで，位置や姿勢に応じたヤは，モータに接続されており，その反力を返すことが可能となっていま巻取り量で位置，姿勢を推定し，また力覚ディスプレイ
力覚ディスプレイは，すでに市販さす．これにより，映像内に表示された巻取りのトルクで反力を返します．

れ，一般に利用できるものがいくつか仮想物体を，ペンデバイスを介して触PHANTOM同様に，映像内の仮想物存在します．

ることができます．

体を，ボールを介して触った感覚が得（図1）
最も有名なものはPHANTOM1）SPIDAR2）（図2）は，把持部分（ボーです．ペン状のデバイスがリンク機構

ル）が8本のワイヤで周囲のフレームに固定されており，各関節のトルクをから吊られた構造を持ちます．各ワイ

502 （50）られます．
（図3）は，手袋型のCyberGraspTM3）デバイスです．各指にワイヤが映像情報メディア学会誌 Vol. 64, No. 4, pp. 502〜504（2010）

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ハプティックインタフェース

接続されており，その巻取り量により，指の曲げに対する反力を提示

スプレイよりも多様な操作を可能にしクロな形状や質量感を提示することます．

は，すでに充分可能になっていると言します．小指以外の各指に独立に反力

このように，映像として映し出されを提示できるため，前二つの力覚ディた仮想物体を触る方法として，そのマえます．

図2 SPIDAR（提供：東京工業大学佐藤研究室）

図3

CyberGraspTM（提供：CyberGlove Systems LLC）

図1 PHANTOM（提供：SensAble technologies社）

触覚ディスプレイとで，触力覚を同時に提示することが装着するタイプの触覚ディスプレイで可能です．触感情報を少ないパラメー

す．指先の皮膚に水平方向の力を加え力覚ディスプレイとは異なり，対象タ（粗さ感，摩擦感，硬軟感）で表現ることで，手に持った箱の中に仮想的の表面性状を提示する触覚ディスプレしているため，テレビの映像のように，なボールが入って動いているような感

イは，ほとんど市販されていません．

触り心地を遠隔地へ伝送し再現するこ覚を提示することができます．触覚

しかし，より臨場感あふれる体験を創とも可能となります．離れた場所で多（皮膚感覚）により，力覚のような感出するには，「動物の毛並みをなでた様な触感を体験できることから，遠隔覚を提示するという，大変興味深い研感覚」や「洋服の手触り感」といった触医療を始めとし，さまざまなエンタテ究です．

覚情報は非常に重要であり，更なる研インメントへの応用を考えています．

ここまで紹介してきた触覚ディスプ

究が望まれる分野です．以下に最近発超音波を利用し，空中に触感を提示

レイは，すべて指先や手のひらを対象表された，興味深い触覚ディスプレイするというTouchable Holography5）としていましたが，胴体に刺激を提示システムをいくつか紹介します．

（図5）という研究もなされています．

するものもあります．/ed7）（図7）は，筆者らの研究グループは，触感に重これは，超音波の放射圧という現象を腹巻状の振動子アレイを腹部と背部に要な物理パラメータを実験により選出利用して空間中に圧力の高い点を作り装着することで，刀で切られたり，貫しました．それらパラメータを再現すだし，圧覚を生成するものです．何もかれたりするような感覚を提示するもることで多様な触感を提示するシステない空間中に刺激を提示でき，その際のです．離散的な振動点を，時間的にムを，東北大学の研究グループと共同に装置を手に装着する必要もないたずらして刺激することで連続的に感じで開発し，実現しています 4）（図4）． め，3次元映像と容易に組合せることさせるという，人間の触覚受容特性を触感ディスプレイを小型に実現し，巧みに利用したシステムです．ゲーム

PHANTOMのペン部分に搭載するこが可能な技術です．
（図6）は，指先にGravity Grabber6）などのエンタテインメントに触運動情報物理パラメータの抽出
触覚センサ
物理パラメータ

空間波長
（粗さ感）

摩擦係数
（摩擦感）

ヤング率
（硬軟感）

物理パラメータと触運動を基に触刺激の生成
触覚受容器の選択的刺激法
振動刺激

力覚ディスプレイ
摩擦感
粗さ感
硬軟感 触覚ディスプレイ

図4 触感伝達システム（提供：東北大学田所研究室）

図5 Touchable Holography（提供：東京大学篠田研究室）（51） 503

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ハプティックインタフェース

向いた触覚ディスプレイといえます．
これら以外にも，点字提示装置など，現するという目的ではなく，情報を符いものはまだなく，研究段階の技術で号化し，触覚情報に置き換えるというす．より汎用性の高い刺激提示を目指ものです．

すもの，あるいは特定の感覚提示に特特定のパターンを提示するものもあり

このように，触覚ディスプレイは力ます．これらは，対象表面の特性を再覚ディスプレイと異なり，汎用性の高化するもの，どちらも今後更なる研究が望まれる分野です．

Being Cut

Being Pierced12

図6 Gravity Grabber（提供：東京大学舘・川上研究室）

Time

11234 2

1Time

23
4

図7 /ed（提供：電気通信大学梶本研究室）

今後の課題

しかし，仮に必要充分な触感提示デ

例えば，現在利用可能な単純な振動刺バイスが実現されたとしても，それだ

激だけでも，ゲームのコントローラやハプティックインタフェースは，まけでリアルな感覚が再現されるとは言アミューズメントパークの動く椅子のだまだ発展中の研究分野です．昨今のいきれません．例えば，目隠しした状

ように，状況に即した刺激であればリ映像機器の高性能化，あるいは通信環態で何か物体を触った場合，それまでアルな感覚を提示することができま境の充実に伴い，触感覚の伝送・再現に触ったことのあるモノでも，それがす．今後，ハプティックインタフェーが期待されるシーンが増えてきていま何かを当てるのは困難です．つまり，スの技術が発展し社会に浸透するにす．しかし，特に触覚ディスプレイの触覚情報はそれ単体では情報量としては，より効果的な映像・音声技術との分野では，まだそれに見合う技術が確は不充分です．映像・音声情報と効果融合が，重要な課題の一つであると言立されていないのが現状です．今後更的に組合せることで，より臨場感あふえます．

なる進展が期待されます．

れる感覚を生じさせるものなのです．

参考文

献1）http://www.sensable.com/
2）S. Kim, S. Hasegawa, Y. Koike, M. Sato: ""Cutting edge" ForceFeedback Device : SPIDAR-G", Proceedings of the 32nd ISR（International Symposium on Robotics），4, pp.1771-1776（2001）
3）http://www.cyberglovesystems.com/
4）山内，昆陽，岡本，日高，前野，田所： マスタ・スレーブ型触感伝達システムの開発〜第4報：粗さ・摩擦・硬軟を含む多様なテクスチャ感の遠隔伝達〜 ，第14回VR学会論文集5）T. Hoshi, M. Takahashi, K. Nakatsuma and H. Shinoda: "Touchable
Holography", SIGGRAPH 2009, Emerging Technologies（2009）6）K. Minamizawa, S. Fukamachi, H. Kajimoto, N. Kawakami, S.
Tachi: "GravityGrabber: Wearable Haptic Display to present
Virtual Mass Sensation", SIGGRAPH 2007, EmergingTechnologies（2007）7）S. Ooshima, Y. Fukuzawa, Y. Hashimoto, H. Ando, J. Watanabeand H. Kajimoto: "/ed", SIGGRAPH 2008, New Tech Demos（2008）504 （52）

ま き の（2009年11月30日受付）

やすとし

牧野 泰才 2002年，東京大学計数工学科卒業．
2004年，東京大学大学院情報理工学系研究科システ
ム情報学専攻修士課程修了．2007年，同専攻博士課程修了．同年より，同専攻にて，学術振興会特別研究員．2008年より，特任研究員．2009年より，慶應大学にて，特別研究助教．触覚情報処理の研究に従事．

ま え のた か し

前野 隆司 1984年，東京工業大学工学部機械工学科卒業．1986年，東京工業大学理工学研究科機械工学専攻修士課程修了．同年，キヤノン（株）入社．1995年，慶應義塾大学専任講師，同大学助教授を経て，現在，教授．博士（工学）．

映像情報メディア学会誌 Vol. 64, No. 4（2010）