情報処理学会 インタラクション 2022
IPSJ Interaction 2022

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方向提示を目的とした熱刺激を用いた首輪型デバイス
植田健斗1,a)

真鍋宏幸1

概要：
触覚によるフィードバックを用いることで，騒音下や画面に注視していない状態でも情報を受け取ることができる．このことから，触覚フィードバックを用いて，誘導や通知を行うデバイスが多く登場している．
しかし，道案内などで方向を提示する場合，振動でのフィードバックや手や指に装着するデバイスでは，正確な方向をユーザーが認知できないことがある．本研究では，熱刺激を首に与えることで，歩いている状態でも正確な熱刺激の方向をデバイスの装着者に認知させることを目指す．そこで，熱刺激を与え方向を認知させる首輪型デバイスを提案し，実装を行った．首周りの認識精度の検証や，手首に熱刺激を与える場合の認識精度と比較をするため，提案したデバイスを用いて，座っている状態と歩いている状態の 2つの条件で実験を行った．実験の結果，首輪型デバイスで，手首にデバイスを装着した場合と同等の認識精度を得られることが分かった．

1. はじめに
現在，誘導や通知を目的にしたアプリケーションやデバ問題視されている．デバイスや服に振動が伝わってしまうと，正確な振動の位置や方向を認知するのが難しくなってしまうためである.

イスが多く存在している．多くの車にはカーナビが搭載さ上記の問題を解決する方法として，熱刺激を用いたデバれており，音声や画面を用いて目的地への到着を補助してイスが研究されている [4], [5]．熱の伝達はデバイスの素材いる．また，スマートフォンにおいても，ポップアップやによっては抑えることができるため，局所的な刺激を与えサウンドなどにより，必要な情報を通知する機能をもったやすい．これによりデバイスの装着者は，刺激の与えられアプリケーションが多くなっている．これらの多くは，視た位置や方向を知覚・認知しやすくなる．その結果，より覚や聴覚に対する刺激を用いて，通知や誘導を行っている．

詳細な情報の通知や道案内に活用することができると期待

しかし，視覚に対する提示は，画面を注視する必要があり，されている．これらのデバイスは手 [4] や指 [5] に装着する周りの状況の変化に気づきにくくなってしまう．また，聴ことが多い．道案内などの用途では，歩きながら熱刺激が覚に対する提示は，周囲の音によってかき消されたりして与えられることになるが，これらの部位は歩行動作に伴いしまうことがある．

位置や向きが動的に変化する．位置や向きが頻繁に変わっこれらの問題を解決する方法として，触覚を用いたフィードバックがある．触覚を用いたフィードバックには，振動てしまうと，正確な熱刺激の位置や方向が分かりづらくなることが想定される．

を使ったものが多い [1], [2], [3]．例えば，スマートフォン

そこで我々の提案手法では熱刺激を首に与える．首は歩では、メールやメッセージの受信を振動を用いて通知する

いている状態であっても動きは少ないため，提示したい方ことで，騒音下やスマートフォンを見ていない状態でも，向を正確に認知させることができると期待される．本稿でユーザーはその受信に気づきやすくなっている．

は，製作したプロトタイプデバイスと，それを用いた実験

ここで，歩行ナビゲーションのための情報提示について考える．この場合，進むべき方向や注目すべき方向を提示する必要がある．すでに，複数の振動モーターを装着し，結果について報告する．

2. 関連研究

体に局所的な刺激を与え方向提示を行うデバイスが多く体の複数箇所に熱刺激を与えることで，方向提示や誘導開発されている [2], [3]．しかし先行研究 [4] では，振動をを行う研究が存在する．例えば，ThermalBracelet[4] では，使った場合，デバイスや服に振動が伝わってしまうことが手首の周りに複数の位置から熱刺激を与え，刺激位置の認識精度を検証している．熱と振動の刺激を比べた時，熱の1a)

芝浦工業大学al18023@shibaura-it.ac.jp© 2022 Information Processing Society of Japan

方が刺激位置を正しく認識できることが示されている．し446

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図 3
図 1

手首のペルチェ素子のレイアウト (左: 上部 右: 下部)

デバイスを首に付けた様子

4. 実装
4.1 首輪型デバイスの形状
ペルチェ素子を 3D プリントで作成したケースに取り付
け，市販のチョーカーに装着した．これにより，ペルチェ素子をスライドさせ，刺激位置を自由に変更することができる．また，チョーカーはマジックテープにより接合されており，着脱しやすくなっている．ペルチェ素子は 6 個使
図 2システムの概略図

かし，歩いている状態と座っている状態での認識精度を比用し，6 方向の提示を想定している．

4.2 システム概要

較する実験では，歩いている状態での認識精度が，約 95%

図 2 はシステムの概略図である．ペルチェ素子の加熱・から約 89%に低下したことが示されている．原因として，冷却の切り替えは ESP32 で行っている．モータードライ

歩行中に腕を振り手の向きが変わることで，刺激の方向がバは，ペルチェ素子を加熱・冷却するために，必要な電流曖昧になってしまうことが推測されている．

を制御している．1 個のモータードライバには，2 つのペまた，首へ熱刺激を与える研究として小野らの研究があルチェ素子が接続されている．3 個のモータードライバをる [6]．VR 空間上にある熱源の位置に対応する方向から首使うことで，6 個のペルチェ素子を制御している．加熱・に対して熱刺激を与えている．この研究では，VR 体験の冷却を行うペルチェ素子はマルチプレクサを使うことで選臨場感の向上のために熱刺激による方向提示を利用してい択している．

る．そのため，方向の認識精度に関しては調査されておらまた，ESP32 は Bluetooth 通信で Android OS のスマーず，被験者へのアンケートによる評価に留まっている．

トフォンと接続されている．Bluetooth で接続することで，首を冷却・加熱するデバイスとしては，Comodo gear*1 がスマートフォンと ESP32 をケーブルで繋ぐ必要が無くなある．Comodo gear は，ペルチェ素子を用いて首を冷却・り，デバイスの持ち運びがしやすくなっている．主電源に加熱することで，暑い日や寒い日であっても快適に活動しは，5V で最大 2.1A を出力することが出来るモバイルバッてもらう事を目的としている．デバイス構成としては類似

テリーを利用している．

しているが，提案手法は方向提示を目的としている点で異

5. 実験

なる．

3. 提案手法実装したデバイスを用いて，首周りの認識精度について検証する．また，ThermalBracelet[4] を参考にし，実装し本研究では，提示したい方向に対応する位置から首に熱たデバイスを手首に装着した場合との比較を行う．ペル

刺激を与えることで，装着者に方向提示を行うデバイスをチェ素子は，図 3 のように配置し，実験では，加熱による提案する（図 1）．熱源デバイスとしてはペルチェ素子を用刺激と冷却による刺激の両方を用いた．ペルチェ素子の温いる．熱の伝達はデバイスの素材によって抑えることがで度は，加熱による刺激では 1 秒間で約 1◦ C 上昇し，冷却にき，より局所的な刺激を与えることができる．首は移動中よる刺激では 1 秒間で約 1◦ C 下降する．熱刺激の提示は，や作業中でも動きが少ないため，装着者は状況によらず詳

1 回につき 3 秒間行った．

細な方向を認知することができると期待される．

実験は，手首にデバイスに装着した場合と首にデバイスを装着した場合に分かれている．それぞれの場合で，被験*1

https://www.fujitsu-general.com/jp/products/neckgear/index.html© 2022 Information Processing Society of Japan

者は座っている状態と歩いている状態の 2 つの条件下でタスクを行った．実験には 20〜24 歳の協力者 3 名（女性447

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認識率(%)

19000
80706050403021000

図 6座っている状態での実験の認識率

19000
80706050403021000

実験中の様子（左: 着席時 右: 歩行時）

認識率(%)

図 4

図 7
図 5加熱冷平却均
手首 首加熱冷平却均
手首 首

歩いている状態での実験の認識率

アプリケーションの画面 （左: 着席時 右: 歩行時）提示する．歩いている状態での実験では，道案内での利用1 名）が参加した．実験協力者には，熱刺激の強さを予めを想定し，被験者は刺激位置ではなく，熱刺激によって提確認してもらい，実験の参加に対する同意書に署名しても示される方向を回答する（図 5（右））．回答する方向は，らった．実験は，手首にデバイスを装着した場合と首にデ前・右前・右後ろ・後ろ・左後ろ・左前の 6 方向から選択バイスを装着した場合に分けて 2 日間で行い，それぞれのする．被験者は熱刺激の強さと提示される方向を確認し，日程の最後には識別の難しさや装着時の快適さなどについ3 分間の練習の後に実験を開始した．歩いているの状態でてのアンケートに回答してもらった．実験協力者には，謝の実験の試行回数は 72 回（18 × 2 熱刺激× 2 装着位置）

礼として 1500 円分の Amazon ギフト券を贈呈した．

で、約 45 分の実験時間を要した．

5.1 座っている状態での実験

5.3 実験結果

座っている状態の実験は，研究室内で座って行った（図 4

座っている状態での認識率の結果を図 6 に示す．グラフ（左））．配置した 6 つのペルチェ素子の内，1 つのペルチェから，手首にデバイスを装着した場合の認識率と首にデバ素子から熱刺激を提示する．被験者は，刺激の提示されたイスを装着した場合の認識率との間には，大きな差はない

位置を，スマートフォンを用いて回答する．各ペルチェ素ことが示唆された．

子に番号を割り当て（図 3），被験者は刺激が与えられた歩いている状態での認識率の結果を図 7 に示す．グラフと知覚した位置に対応する番号のボタンを押して回答する

から，手首に冷却刺激を与えた場合の認識率が，首に冷却（図 5（左））．これを，各装着位置（首・手首）・各熱刺激刺激を与えた場合の認識率よりも，低くなる可能性が示唆（加熱・冷却）毎に，18 回（6 箇所× 3 回）行った．熱刺された．

激の与えられる間隔は 15 秒〜30 秒の間でランダムに決まり，刺激位置も 6 箇所の中からランダムに選択される．被6. 議論

験者には，3 分間の練習の後に実験を開始した．座ってい今回の実験結果からは，首にデバイスを装着した場合のる状態での実験の試行回数は 72 回（18 × 2 熱刺激× 2 装

認識率と手首にデバイスを装着した場合の認識率に大きな着位置）で，約 45 分の実験時間を要した．

差が見られなかった．このことから，提案した首輪型デバイスを用いることで，手首にデバイスを装着する場合と同5.2 歩いている状態での実験様に，誘導や通知を行うことができる可能性があると考え歩いている状態での実験は，大学の廊下を歩きながらられる．また，ThermalBlacelet[4] でも示唆されているよ

行った（図 4（右））．座っている状態での実験と同様に 6

うに，手首にデバイスを装着する場合，歩いている状態でつのペルチェ素子の内，1 つのペルチェ素子から熱刺激をの認識率が座っている状態の認識率よりも低下してしまう© 2022 Information Processing Society of Japan448

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可能性が示された．
実験後のアンケートでは，手首への熱刺激の識別に関して，「4 箇所の識別であれば、楽にできたと思う」や「斜め方向の識別が難しかった」といった意見があった．手首の太さは首の太さと比較すると細いため，刺激位置間の距離[6]cooling elements on a smart ring. International Journal of Human-Computer Studies, Vol. 130, pp. 234–247,
2019.
小野龍一, 伊藤亘輝, 羽田久一ほか. 首への熱刺激によるvr 体験者への方向提示の提案. エンタテインメントコン
ピューティングシンポジウム 2018 論文集, Vol. 2018, pp.
220–223, 2018.

が短くなる．そのため，被験者は手首にデバイスを装着した場合に，刺激の位置や方向の識別が難しいと感じたと推測される．
装着時の快適性については，手首の方が首よりも快適であるという意見が多かった．熱刺激を知覚させるためには，ペルチェ素子と肌を密着させる必要がある．そのため，提案したデバイスでは，首をある程度締めつけていた．その結果，首を絞めつけることに抵抗感がある被験者に，ストレスを与えてしまったと考えられる．
また，今回の実験では被験者は 3 人のみだったため，十分な検証を行うことができなかった．今後，被験者を増やし，詳細な分析を行っていく必要がある．

7. まとめ本研究では，熱刺激を与えることで方向を知覚させる首輪型デバイスを提案した．首は移動中や作業中であっても動作は少ないため，歩いている状態であっても，装着者に正確な刺激位置や方向を知覚させることができると期待される．
提案した首輪型デバイスを開発し，首周りの認知精度の検証や手首の認知精度との比較を行った．実験の結果，首輪型デバイスで，手首にデバイスを装着した場合と同等の認識精度を得られることが分かった．
参考文献
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Kening Zhu, Simon Perrault, Taizhou Chen, Shaoyu Cai,and Roshan Lalintha Peiris. A sense of ice and ﬁre: Exploring thermal feedback with multiple thermoelectric-© 2022 Information Processing Society of Japan449