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

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2022/2/21

ハンガー反射を用いて遠隔者の頭部回旋感覚を体感する研究李 万慧1,a)

平城 裕隆1,3,b)

中村 拓人2,4,c)

暦本 純一1,5,d)

概要：遠隔共同作業は，遠隔でのコミュニケーションにおいては遠隔ユーザの方向の情報を把握するのが難しいため，遠隔ユーザの視線を共有することによってコミュニケーションを向上させることができ，共同での遠隔作業の効率を上げられると考えられる．視線共有の手法について，音声，文字や画像，振動で相手へ方向提示を行う研究があるが，方向情報のみ相手に伝達するものに過ぎず，相手の回旋方向をコントロールするのではない．本研究は遠隔ユーザの回旋情報を角速度センサーで取得して通信し，ハンガー反射現象を用いて，遠隔ユーザの回旋感覚を無意識的に体感できるシステムを提案する．実験の結果，ハンガー反射を用いて遠隔ユーザの回旋感覚を体感可能なことが確認でき，テレプレゼンスの利用者のコミュニケーションを向上させることを期待できる．

1. はじめに意図せず頭が回ってしまう現象である）を用いて，遠隔ユーザの頭部回旋感覚を無意識的に体感するシステムを提従来，遠隔地での共同作業行くために，音声，文字や画案する．従来の手法と比べて，本研究は遠隔ユーザの回旋像，振動で遠隔ユーザの視線を共有する手法がある．具体情報を角速度センサーで取得して通信し，ハンガー反射現的には聴覚，視覚，触覚で方向を提示し，聴覚とは相手に象を用いてハンガー反射デバイスの装着者は遠隔ユーザの話すことや，アナウンサーの音に合わせて行うこと，視覚回旋感覚を無意識的に体感できると考えられる．歩行するは電車駅構内の提示用矢印で行き先を提示されるなどで時の方向指示やバーチャルリアリティ（VR）空間に没入すある．また，触覚での方向提示を行う先行研究としては，るときにリアルタイムでのコミュニケーションを向上させHapticPointer[1] のような振動モーターで制御するデバイると考えられる．また，高齢者または障害者など行動不便スでリモートユーザより方向を指示する研究が行われてきな人たちに対する，遠隔への方向指示のコミュニケーショた．これらの手法は使用する場面によっては，「声をかけてンを向上すれば，生活の質も向上すると考えられる．

も相手は意識してない」や「矢印があっても勘違いしてし実験の結果，ハンガー反射現象を用いて遠隔ユーザのまう」や「振動で提示したが気がつかない」などの問題があ

Yaw 方向の左右回旋感覚を体感できることが確認できた．

るので，指示者や物と被指示者の間のコミュニケーションが弱いと考えられる．上記の手法を用いたインタラクションが行われてきたが，身体的動作によるコミュニケーショ

2. 関連研究2.1 遠隔コミュニケーション

ンも大事な一部として，遠隔ユーザとお互いに身体的動作身体的動作によるコミュニケーションを行えば，人々を伝達できれば，遠隔コミュニケーションを向上できるとがつながりを感じ，意図を示し，感情を表現できる．MIT考えられる．また，身体運動のインタラクションを強化すの Brave 等は触覚フィードバック技術を遠隔ユーザへのれば，他人の身体運動の共有を促進し，遠隔で微妙な感情コミュニケーションに適用するため inTouch というシステなどを表現するために利用することもできる．

ムを構築した [3]．遠隔の両側に回転可能なローラーを配本研究はハンガー反射現象（針金ハンガーを頭に被ると置し，ローラーの回転で僅かな感情を相手に伝えることによって，リアルタイムのコミュニケーションを豊かにする

12345a)b)c)d)

東京大学
東京工業大学
産業技術総合研究所
日本学術振興会
ソニーコンピューターサイエンス研究所
li-wanhui409@g.ecc.u-tokyo.ac.jp
hiraki-uts1@g.ecc.u-tokyo.ac.jp
nakamura.t.by@m.titech.ac.jp
rekimoto@acm.org© 2022 Information Processing Society of Japanことができる．また，西田等はペアリングウェアラブルデバイスにより 2 人の間に運動感覚を伝達できる研究を報告している [4]．ユーザは筋肉の収縮と関節の硬直を双方向に感知し，筋電（EMG）測定と電気的筋肉刺激（EMS）に基づく運動感覚が体感できる．

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2.2 回旋感覚共感

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する．空気圧アクチュエータはそれぞれ真空ポンプ (R-無意識的に回旋感覚を体感する手法として，ガルバニッ

14 A221, MITSUMI 社) とソレノイドバルブ (SC415GF

ク前庭刺激（GVS）の既存研究が多く存在する．両耳の後6.0V, SEJOOMOTION 社) によって駆動され，気圧センろに電極を配置して前庭器官を電気的に刺激し，方向性サー (MIS2503-015G, MetrodyneMicrosystem 社) によっのある仮想的な感覚を誘発し頭部運動を行うことができて空気圧アクチュエータ内の気圧を計測する．これらはマる [2], [5]．また，ハンガー反射現象を用いて頭部回旋を再イクロコントローラ (mbed1768, NXP 社) により制御する現した研究もある．GVS と比べて，ハンガー反射デバイス（図 2(b)）．

は電気刺激が必要なく，頭部に受けた圧力の変化により，Yaw 方向の回旋を実現できる．佐藤らはハンガー反射現象で頭部回旋をコントロールできる装置を開発した [6]，この研究はリニアアクチュエータを使って側頭部に圧力をかけて，針金ハンガーのように頭部回旋を再現したことを報告した．それから，空気圧アクチュエータ [7] と輪ゴムの牽引力 [8] で頭部回旋を再現した研究も報告された．
本研究は，遠隔地との通信の可能性とデバイス装着の快図 2 （a）回旋測定側の実装例，（b）ハンガー反射側の実装例

適性を考えて，空気圧アクチュエータの方法で実装を行う．

3. 実装
本研究は遠隔ユーザの回旋感覚を共感することを目的として，遠隔ユーザ側の回旋情報を測定して，無線通信でローカルユーザが装着しているハンガー反射デバイスへ送信するシステムを実装する．図１のように，本システムは主な構成として，回旋測定側とハンガー反射側の二つの部分で実装した．

4. 実験
提案されたシステムの性能を評価するために，被験者 4人（男性:4，女性:0）を二つのグループに分けて，グループ内の二人はそれぞれ回旋測定デバイスの装着者（回旋者）とハンガー反射デバイスの装着者（ハンガー装着者）として指定し（図 3），以下の実験流れの通り実験を行う．

4.1 実験流れ( 1 ) 回旋方向と反応時間の確認 :( a ) 回旋者は左に向いて頭を回旋し（5 回），ハンガー装着者の回旋方向と反応時間を記録する( b ) 回旋者は右に向いて頭を回旋し（5 回），ハンガー装着者の回旋方向と反応時間を記録する( 2 ) リアルタイム性の確認 :( a ) 回旋者は 10 秒間隔で頭を左右に 10 回を回旋し，ハンガー装着者の反応を記録する( b ) 回旋者は 5 秒間隔で頭を左右に 10 回を回旋し，ハンガー装着者の反応を記録する( c ) 回旋者は 2 秒間隔で頭を左右に 10 回を回旋し，
図 1

回旋測定側のユーザは IMU 付きデバイスを頭部に装着し，頭ハンガー装着者の反応を記録する

部回旋を行う；ハンガー反射側のユーザはハンガー反射デバイ
スを頭部に装着し，空気の流入と流出に応じて制御される

3.1 回旋測定
回旋測定側は 9 軸慣性センサー（LSM9DS1, SparkFun社）を用いて，Yaw 方向の回旋角度を測定する（図 2(a)）．

3.2 ハンガー反射デバイス
空気圧アクチュエータを用いた頭部ハンガー反射回

図 3 （a）回旋測定デバイスの装着者，（b）ハンガー反射デバイスの装着者

旋角度制御の試み [7] として報告されたデバイスを利用© 2022 Information Processing Society of Japan503

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4.2 実験結果

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2022/2/21載型ディスプレイ（HMD）の先行研究が存在する [9], [10]，実験の結果は，「（1）回旋方向と反応時間」の実験で，指クロスリアリティ（XR）を介して多人数での共同作業が定する方向に回旋するシングルアクションは 20 回を行い，行われる未来が近いため，本研究の遠隔ユーザとのコミュ予想と一致する回数は 18 回であるので，90%の正確さでニケーションも HMD を介してさらに広い領域に応用する動作確認ができた．また，反応時間について，「ハンガーことを検討していきたい．

反射側の空気の注入」と「頭に圧力をかけた時の身体の反応」という二つの段階に時間がかかることは避けられない

6. おわりにので，以下のように遅延を測定した．「ハンガー反射側の本稿では，遠隔コミュニケーションを向上するために，空気の注入」に対する 15 回の有効記録を取り，約 1.059 秒

ハンガー反射デバイスを用いて，頭部回旋感覚を他人に伝の平均遅延時間を確認し，「頭に圧力をかけた時の身体の達し，遠隔ユーザの頭部回旋感覚を体感できることを確認反応」に対する 18 回の有効記録を取った，2.003 秒の平均する．実験で得られた結果によると，遅延があるが，頭部遅延時間を確認できた．の左右回旋運動による遠隔ユーザ間のインタラクションを反応時間の結果として，図 4 のようにグループ A とグ強化できることがわかった．

ループ B はそれぞれ 9 回の有効記録を取って集計した．そ

謝辞 本研究は，JST【ムーンショット型研究開発事業】もそもハンガー反射現象は個人差があるが，3 秒以内に反グラント番号【JPMJMS2012】の支援を受けたものです．

応できた．実験回数を増えるに伴って，ハンガー反射装着者の反応がだんだん安定になるが，個人差により反応時間参考文献が短くなることもある．

[1]

[2]

[3]
[4]
[5]
図4

グループ A の 4 回目が集計外，グループ B の 2 回目が集計外「（2）リアルタイム性」の実験について，10 秒間隔の[6]

反応の正確さは平均で 75%，5 秒間隔での正確さは平均で70%，，2 秒間隔での正確さは平均で 80%となることを確認[7]できた．利用した 9 軸の慣性センサは角速度のドリフトがあるため，長時間利用してしまうと誤検知を誘発してしま[8]う．今後はより検知精度の高いセンサモジュールを利用することでより安定した実装方法を検討する．

[9]

5. 展望
[10]

今回の研究は回旋者よりハンガー装着者への片方向のコミュニケーションのみであり，実際にハンガー装着者から反応を得られないので，回旋者側が得られるフィードバッ

A Matsuda, K Nozawa, K Takata, A Izumihara, JRekimoto: HapticPointer: A Neck-worn Device thatPresents Direction by Vibrotactile Feedback for Remote
Collaboration Tasks, Augmented Humans(2020).
N Nagaya, M Yoshidzumi, M Ssugimoto, H Nii, T
Maeda, M Kitazaki, M Inami:Gravity Jockey: A Novel
Music Experience with Galvanic Vestibular Stimulation, ACM SIGCHI international conference on Advances in computer entertainment technology(2006).
S Brave and A Dahley: inTouch: A Medium for Haptic
Interpersonal Communication,CHI (1997).
J Nishida, K Suzuki: bioSync: A Paired Wearable Device for Blending Kinesthetic Experience, CHI(2017).
K Aoyama, H Iizuka, H Ando, T Maeda: Fourpole galvanic vestibular stimulation causes body sway
about three axes, Scientiﬁc Reports — 5:10168 — DOi:
10.1038/srep10168.
M Sato, R Matsue, Y Hashimoto, H Kajimoto: Development of a Head Rotation Interface by Using Hanger
Reﬂex, IEEE(2009).
今 悠気, 中村 拓人, 梶本 裕之: 空気圧アクチュエータを用いた頭部ハンガー反射回旋角度制御の試み, 情報処理学会インタラクション (2017).
宮上 昌大, 梶本 裕之: 皮膚せん断刺激の多点化が頭部回旋現象に及ぼす影響の調査, 日本バーチャルリアリティ学会 (2021).
木島竜吾, 山田英治郎, 小鹿丈夫: Reﬂex HMD 一前庭反射機能を備えた HMD の開発, 日本バーチャルリアリティ学会 (2001).
Y Kon, T Nakamura, V Yem, H Kajimoto: HangerOVER: Mechanism of Controlling the Hanger ReﬂexUsing Air Balloon for HMD Embedded Haptic Display,IEEE(2018).

クが少ない．将来的に，指示者と被指示者をはっきりと分けることなく，二人とも回旋測定デバイスとハンガー反射デバイス装着すれば，お互いに相手に指示できるので，コミュニケーションをさらに向上させると考えられる．
また，VR 空間の没入感を向上させるために，GVS またはハンガー反射を用いた運動錯覚誘発機能を内蔵する頭部搭© 2022 Information Processing Society of Japan504