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触感覚による粒子群の認識に関する基礎的研究
大根田 浩久*・後藤 秀征**・村上 誠示***・尾崎 功一****Fundamental Study of Recognition in Fine Particles throughTactile Sensing with Fingers
Hirohisa Oneda*, Shusei Gotou**, Seiji Murakami***, Koichi Ozaki****
Abstract

This study analyzes the recognition process of examining the texture of fine particles through tactile
sensing using human fingers and aims at establishing the structure of texture recognition. Characteristic
values of the tactile sensing are studied in order to investigate a relationship between tactile sensing andits verbal response. In this study, the SD method (Semantic Differential method) is used to execute thelanguage estimation (the evaluation value) of fine particles. In this paper, the recognition of tactile
sensing in mid teens is shown by the relationship between particle size of fine particles and theevaluation value.
１．緒 言

知覚過程であり，その意味で能動性は触運動知覚にとって必須である．しかし，触感覚に対して様々な人間にとって触感覚は日常生活に欠かせない重要側面から評価する場合，大きな要因であろうと考えな感覚であり，生物の本能と結びつき，感性への影られる物体の形状と触感覚を評価した基礎的研究は響が大きいもっとも原始的な感覚である．生物学的ほとんど行われていない．そこで，比較的粒子径のにみると触覚には，体性感覚と呼ばれる皮膚感覚，そろった粒子群を用いて触感覚の計測・評価を行う．
深部感覚，および平衡感覚があり，一般に我々が感
著者らは，以前の研究において，粒子群に対する触覚と言うのは，温覚，冷覚，触覚，圧覚，痛覚など感覚の評価を行い，主成分分析を用いて，触感覚との皮膚感覚を指す．皮膚感覚は感覚受容器と呼ばれ言葉の関係について定量的な評価を行い，触感覚のる特定の器官により外部刺激を感じ，刺激を認識すパターンを分類した 4)．この触感覚パターンの分類において，被験者は健康な 20 代半ばの男女である．
る．触覚には触覚，温覚，冷覚などの感覚とそれと対応する受容器が多数多様存在するため（複特異性）， 触感覚のパターンを工学に応用しようとした場合，被験者の年齢層を広くとり，年齢による差異を明確その認識構造が複雑である．本研究では皮膚およびにすることも大切である．
粘膜の感覚である皮膚感覚，広義の意味での触感覚
そこで，本報告では，被験者を 10 代半ばの学生にを対象とする．
焦点をあて，触感覚の反応について，定性的（粒子触感覚に関する工学的な研究として，近年のロボ径と評価値の関係）に評価を行う．
ット工学の発展に伴い，その重要性が指摘され，触1)
覚センサ開発 ，視覚障害者用触覚ディスプレイの２．粒子群に対する触感覚の評価方法開発などが積極的に行われている 2)．また，触感覚計測という立場では，食品，化粧品，繊維業界で，本研究では，粒子群に対する人間の触感覚の感性触覚，風合いなどの評価が行われている 3)．
本研究では，普段の能動的な触動作により，認識・ 評価を行うため，触感覚のみで試料を触り，触感覚判断する触感覚について考える．日常生活での触覚を 評 価 す る ． 本 研 究 で 用 い る 試 料 は ， JISの重要な役割は，身のまわりの対象に触わり，手とR6001(1998) に基づいた精密研磨用微粉#240 ~指を動かし，認知することにある．これは能動的な#8000 の 18 種類，および砥粒#12 ~ #220 の代表的*電子機械工学科**株式会社みやび堂***長岡科学技術大学****宇都宮大学大学院工学研究科

平成 25 年 9 月 30 日受理

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触感覚による粒子群の認識に関する基礎的研究（大根田・後藤・村上・尾崎）

表1

Adjective pair

Relative to the tactile sensing
komakai arai
(fine)(coarse)subesube - zarazara(smooth)(rough)kasakasa - shittori
(dry)
(wet)
matomatta - barabara(united)(scatter)katai - yawarakai(hard)(soft)
nebaneba - sarasara(sticky)(dry)

No relative to the tactile sensing
suki - kirai(like)(dislike)zatsuna - sensaina(messy)(slender)omomigaaru - karoyakana(importance) (unimportance)
fukuzatsu - tanjyun(complex)(simple)shizukana - nigiyakana(quiet)(lively)anshin - fuan(relief) (anxiery)hukai - kai(kaikan)(unpleasant)(pleasure)な 8 種類，計 26 種類のホワイトモランダム（WA）試料（昭和電工製）を用いた．試料の平均粒径は 1㎛ ~ 1700 ㎛であり，形状は非球形であるが，粒径のばらつきが比較的小さく，多種類の粒径を容易に準備できる特徴がある．
本研究では，言葉と触感覚の関係を論じるため，心理学的な研究でよく用いられるセマンティックデファレンシャル法（SD 法）を用いる．SD 法とは，もともと Osgood らによって言葉の意味を分析するために開発された手法であり，感覚や感情などの感性は，言葉で表されることから，感性評価に広く用いられる手法である 5)．この手法は，評価対象に対して，意味的に対になる形容詞対を評価対象に対する「刺激」として複数個用意し，何段階かに分割する．被験者は評価対象から受ける感覚が何段階かに分割された形容詞対の間のどこに位置するのかを選択する．その結果，被験者のそれぞれの評価対象間の類似性を評価，グループ分けなどを行うことが可能となる．
本研究では，表１に示すような形容詞（言葉）対群 13 対を被験者に提示し，触感覚に関係あると考えられる 6 対とそうでない 7 対を用意した．また，図１に示すような評価用紙を用いて，7 段階評定尺度で評価してもらった．ただし，本研究は日本語を介して日本人により評価を行ったため，本論文における図表の形容詞対の表記はローマ字表記を主として用い，英語表記は括弧内に表記する．
被験者は健康な 10 代半ばの男女 35 人で，実験前に視覚により，試料を見てもらい，試料の印象をつかんでもらった．また，試料の提示順はランダムに行い，実験中は被験者と試料の間にブラインドを設置し，実験中は評価に対して視覚による影響をあたえないようにし，さらに，試料を触りながら触感覚を評価できるように，利き手とは逆の手で試料を触ってもらった．また，公正な評価を行うため指及び指紋内に付着した試料を十分に落とし，ワイパー等

図 1 Evaluation sheet

で指先の湿気を落としてから次の試料を触ってもらった．評定は-3 ~ 3 の整数値の重みを与え，それぞれの形容詞対ごとに平均を求め，評定値とした．
３．粒径と評定値の関係
本節では，本研究の目的である 10 代半ばの学生に対して行った触感覚の感性評価について述べる．各形容詞対（13 対）に対して，触感覚における粒子群の認識と言葉による評価の関連性を示すために，粒子群の粒径（平均粒径）と SD 法により得られた評定値の関係を示す．本報告では得られた感性評価に対して，定性的な側面のみを述べる．緒言で記述したように著者らは以前の研究で，粒子群に対する触感覚の評価を行い，触感覚と言葉の関係について定量的な評価を用いて，触感覚のパターンを分類している 4)．本研究ではこの分類を参考にし，定性的な側面での分類を行った．本報告において，反応 I，反応 II，反応 III，反応 IV の４つに分類を行った（反応とは，粒子群（試料）を触った時に生じる触感覚の応答）．
３．１ 反応 I
図２に 10 代半ばの触感覚の応答である反応 I における粒径（平均粒径）と評定値の関係を示す．図２
は代表として，「まとまった－ばらばら」の触感覚の感性評価を示した．エラーバーは 95%信頼区間を表す．また，縦軸の評定値が 0 のところで触感覚の反応が変化する．図２の場合，評定値がプラスであれ

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弓削商船高等専門学校

紀要

第 36 号（平成 26 年）

図 2 A relationship between the diameters ofthe particles and evaluate value(Response I)
barabara(scatter) – matomatta(united)

図 4 A relationship between the diameters of
the particles and evaluate value(Response III)omomigaaru(importance)－karoyakana(unimportance)

図 3 A relationship between the diameters of
the particles and evaluate value(Response II)sarasara(dry)–nebaneba(sticky)

図 5 A relationship between the diameters of
the particles and evaluate value(Response IV)tanjyun(simple)–fukuzatsu(complex)

ば「ばらばら」と感じ，マイナスであれば「まとまった」と感じている．反応 I は評定値の変化が大きく，感覚的に反応の変化が鋭いパターンである．
図２より，粒径が約 80 ㎛あたりで触感覚の反応が変化していることがわかる．また，粒径約 1 ㎛ ~ 約28 ㎛では傾きが小さい．粒径約 28 ㎛ ~ 106 ㎛と約106 ㎛ ~ 1700 ㎛での傾きは大きいことがわかった．
このようなグラフの形状となる形容語対は本研究で用いた形容語対の中で最も多くみられ，（1）まとまった－ばらばら（2）すべすべ－ざらざら（3）かさかさ－しっとり（4）細かい－粗い（5）硬い－柔らかい（6）雑な－繊細な（7）静かな－にぎやかなの計 7 種類である．

３．２ 反応 II
図３に反応 II における粒径と評定値の関係を示す．

反応 I と比較すると反応 II は評定値の変化は小さいことがわかる．この反応 II には 2 つの特徴的なパターンが見られる．粒径が約 1 ㎛ ~ 106 ㎛までの評定値が大きくなっている．また，粒径約 106㎛ ~ 1700 ㎛の評定値は 106 ㎛の粒径で変化し，右下がりになっている．また，10 代半ばの粒子群の認識において，粒径が 6 ㎛以下ではどちらでもなく，6 ㎛以上であれば「さらさら」と感じていることがわかる．
この反応が見られる形容詞対は・ねばねば－さらさらの 1 種類である．
３．３ 反応 III

図４に反応 III に分類した形容詞対の粒径と評定値の関係を示す．図より，粒径が約 80 ㎛まで

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触感覚による粒子群の認識に関する基礎的研究（大根田・後藤・村上・尾崎）は触感覚の反応に大きな変化が生じないが，80 ㎛を超え，約 120 ㎛で触感覚の応答が「軽やかな」から「重みがある」に変化している．
この反応が見られる形容詞対は（1）不快－快（2）好き－嫌い（3）安心－不安（4）重みがある－軽やかなの 4 種類である．
３．４ 反応 IV
図５に反応 IV に分類した形容詞対の粒径と評定値の関係を示す．図より，評定値の変化が小さく，感覚的に反応の変化が少ないことがわかる．反応 IIIとは異なり，粒径の変化に伴い評定値がほぼ直線形状（指数関数的）に変化していることがわかる．
この反応が見られる形容詞対は・複雑－単純の 1 種類である．
４．結言

本報告では，10 代半ばの学生に対して行った触感覚の感性評価について述べた．本研究では，日常的な人間の動作の一つである手触りに注目し，手触りの感性評価の試料として粒子群を用いている．粒子群の手触り感に対して，言葉を媒介として感性評価を行い，その認識構造を理解することを試みた．本
研究の粒子群は平均粒径が異なる 26 種類の WA 砥
粒を用い，粒子群の感性評価には 13 対の形容詞対について７段階評定尺度で評価した．その結果，各反応について，粒径と評定値の関係から次の結果が得られた．
（１）10 代半ばの触感覚の応答に対して，定性的な側面（粒径と評定値との関係図）で触感覚の分類を行った．その結果，20 代半ばにおける触感覚の応答の分類と同じように４つに分類できることがわかった．
（２）反応 I は他の反応と比較して，触感覚の応答の変化が大きいことがわかった．
（３）触感覚の応答があまり変化しないような形容詞対があることがわかった．
本報告では，10 代半ばの触感覚の応答について，定性的な側面より，分類を行った．今後，定量的な側面（主成分分析など）より，触感覚の応答の分類を行う．また，20 代半ばの触感覚の変化と本報告の10 代半ばのデータを比較することにより，年齢による触感覚の応答の差異の有無について，詳細に調べる．最後に，被験者としてご協力いただいた，本学，電子機械工学科１学年（2012 年度入学生）に謝意を表します．
参考文献[1] 前野隆司：ヒト指腹部と触覚受容器の構造と機（2000）．
能，日本ロボット学会誌，18，6，772，[2] M.Kobayashi, T.Watanabe：A Tactile Display

System Equipped with a Pointing Device –MIMIZU–, Computers Helping People with
Special Needs, Springer, 527,（2002）．
[3] 官能検査ハンドブック：日科技連出版社，(1973)．
[4] 渡辺信一，尾崎功一，山崎友麻，山本純雄：触感覚による粒子群の認識と言語評価，精密工学
会誌，71 巻，11 号，pp.1421-1425，（2005）．
[5] Osgood,C.E. et al., Measurement of meaning,
Univ. Illinois Press, (1957).