Hiroyuki KAJIMOTO (梶本 裕之)

Offer Organization: 科学技術振興機構, System Name: 産学が連携した研究開発成果の展開 研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP) 産学共同(育成型), Category: -, Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: -, indirect: -)
本研究は三次元物体の形状を「触れた瞬間にわかる」触覚提示技術を、神経電気刺激によって実現することを目標とする。研究は三段階からなる。第一にフレキシブルな電極によって指末端や指側面までの、「広視野(触野)・高解像度な皮膚感覚提示」を実現する。第二に指先に力が加わる際に爪周辺にひずみが発生することを利用し、爪近傍への電気刺激によって「多自由度の力覚提示」を実現する。第三にこれらの皮膚感覚、力覚提示手段を組み合わせることで、素手と同程度の速度と精度で把持物体を同定できることをVR環境下の実験によって示す。本研究はVR環境のみならず将来的な遠隔作業環境での利用が可能な触覚提示の基盤を構築するものとなる。

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業, Category: 特別研究員奨励費, Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 2200000, indirect: 0)
本研究は電気刺激と機械刺激を併用した触覚伝送アルゴリズムの開発とその応用であった．本研究はとくに従来の皮膚感覚提示で提示の難しかった硬さ次元に注目し，バーチャル物体の柔らかさ・硬さ及び粘着の提示手法を検討した．
まず電気刺激によってバーチャル物体の柔らかさ・硬さ及び粘着フィードバックを提示する手法を検討した．本研究では，筋肉の無い手掌部での利用を念頭に，腱と皮膚の電気刺激を利用した．皮膚電気刺激はマトリクス状の電極によって接触面の形状情報および接触面の運動情報を提示することが出来る．さらに皮膚電気刺激においては我々が従前の研究で開発した陰極刺激モードによって皮膚が押されるような圧覚を生じさせることができる．これに対して反対方向の力である粘着感を提示するために，指の中にある屈腱を刺激する方法を考えた．
続いて2つ目の調査では，物体をタッピングした際の感覚を再現するときに従来からよく用いられてきた機械刺激の減衰正弦波振動に加えて陰極皮膚電気刺激を同時に提示すると，減衰正弦波振動のみ提示することと比較して物体がより柔らかく知覚されるか検討した．実験の結果，陰極の電気刺激の強度が強くなるほど，素材をより柔らかく知覚することが分かった．これは第一の実験結果に類似しているが，本実験では素材を解釈するための視覚フィードバックを用いていない．
採用期間中最後の調査では，非対称振動による疑似力覚を親指と人差し指に与え，この力の錯覚によってバーチャル物体を掴むときの物体の柔らかさ・硬さを表現できるかを検討した．我々の従来研究では，DCモータをオーディオ信号によって駆動すると高品位な振動子として働くこと，また入力信号として鋸波等の非対称な波形を用いた場合疑似力覚を提示できることを確認していた．本実験では，指先に反力を提示するためにこの現象を利用した．

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 56000000, indirect: 16800000)
・分担研究者の岡嶋が、新型コロナウィルス感染症の拡大の影響で延長されてきた計画を実施に移した。2023年3月16-18日にOxford大学において、Charles Spence教授らと双方の大学でそれそれ実施してきた食知覚のクロスモーダル研究に関する情報交換を行うとともに、食品認知における湯気の視覚効果に関するオンライン実験の最終打ち合わせとプログラムの改良、ならびに今後のクロスモーダル研究の展望について議論し、計画された研究を完了した。
・分担研究者の佐藤いまりは、本基金を使って海外共同研究先のANUの研究者や学生の招聘や派遣を実施する予定であったが、過去に計測した画像データセットを用いてアルゴリズムの検証を進め、必要に応じて新規計測を行いデータを共有することで、リモートで研究を完了することができた。その成果は難関国際会議SIGGRAPHで発表された。

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 2700000, indirect: 810000)
The purpose of this study was to clarify the occurrence condition of hanger reflex, which is a phenomenon in which the head rotates involuntarily when a hanger is worn on the head. We also aimed at realizing compact and lightweight device based on the obtained findings. As for the elucidation of the occurrence condition, observation at the time of sleeping and vibration presentation were conducted to observe whether attention to skin stimulation is necessary or not. The result showed that the hanger reflex at least requires awakening state. Regarding the miniaturization of device, we made it possible to present the tactile sense to a large area using a pneumatic actuator, and control walking by using the hanger reflex at the waist. By using the device, it has become clear that the we can precisely control the walking of the user with the device and that the amount of effect strongly depends on the teaching content.

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 18900000, indirect: 5670000)
This research established design methods of tactile experience that elicits emotional reaction. The design method was applied to the design of a speaker type tactile display, haptic display that mimics pencil sharpener, laugh enhancing robots, earlobe tactile stimulator, tooth-brushing enhancer, surprise enhancer by Piloerection, affinity enhancer by pseudo heartbeat. The research also clarified existence of consonance between tactile and auditory stimuli.

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 34100000, indirect: 10230000)
触るという感覚の原理を解明し、高品位な触覚ディスプレイの社会的普及を目的として研究を遂行した。触ることにより生じる皮膚の変形や内部の現象を理論的に検証し設計のための知見を得た上で、電気刺激による皮膚感覚提示デバイス、簡易で普及しやすい把持力提示デバイス及び力覚と皮膚感覚を統合した操縦型ロボットハンドシステムを実現した。さらに、視覚障害者の目を代行する額型電気触覚ディスプレイの工学的基礎を与え、社会的普及へ貢献した。

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 29000000, indirect: 8700000)
The main results of our research are as follows.
(1)By measuring the frequency discrimination capability of the vibratory sensation that occurs by electric stimulus, we found out that we do not perceive stimulation frequency of more than 6OHz correctly, when we use anodic stimulation. This result suggests that the Pacinian corpuscle which is a receptor for high frequency vibration was not stimulated, which verified our principle of "tactile primary colors".
(2)The new tactile display using the shape memory alloy matrix was realized. The aim was to realize dense presentation of pressure sensation, which is a weak point of an electrical stimulation. Moreover, to drive the display in minimum time, the control algorithm using the linear programming was newly proposed.
(3)Feedback control of the stimulus current that uses the electric impedance information on the skin for stabilization of the feeling in an electric stimulus was performed.
(4)In order to enable electrotactile stimulation to other parts of the body, the technique of diffusing current was proposed to prevent pain sensation. It was achieved by mounting a high resistance layer between the skin and an electrode.
(5)The 64-point display for a fingertip and the 512-point display for forehead were designed and fabricated. In the visually-impaired school, the test is repeated as a sensory substitution system for a visually impaired person now.
(6)By applying the experiment procedure followed in vision to a tactile sense, we found out that "Motion After Effect" in vision arose also in a tactile sense.

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業, Category: 特別研究員奨励費, Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 2000000, indirect: -)
本年は電気触覚ディスプレイの産業的な応用の可能性を探ると共に生成される感覚を心理物理実験の手法によって評価した.
まず応用としては,電気刺激が本質的には皮膚に接する電極のみ必要であり,極めて薄型にできることを生かし,触覚ディスプレイと光学式センサを同一基板の表裏に配置したシステムを開発した.このシステムのディスプレイ面を指に装着し,センサ面で現実世界の接触面をなぞることにより,センサで捉えた光学情報を触覚として感知することができる.これによって例えば視覚障害者が任意の印刷物を自由に読み取ることができる.類似のシステムは70年代から存在したが,従来の機械式触角ディスプレイを用いていたため極めて大型で持ち運び難いシステムとなっていた.この応用成果については国際学会IEEE Virtual Reality 2003にて3月に発表すると共に,7月の米国におけるSiggraph 2003においてデモンストレーション展示を行う予定である.
また本研究は究極的には電気刺激によって生じる感覚を機械的な刺激によって生じる触覚と区別がつかないものとする事を目的としているが,本年はこの評価のための心理実験的枠組みを提案し,実際の心理物理実験によって電気刺激と機械刺激の相違点を示した.具体的には機械刺激(上下振動)と電気刺激を同時に同じ場所に提示し得るシステムを振動子と電極によって構成し,被験者にそれぞれの刺激を与えることで二つの刺激を比較する.今回は特に振動感覚に着目し,機械振動と電気刺激において振動周波数の認識に違いが生じること,特に機械刺激では400Hz以上の振動まで認識できるのに対し,電気刺激は50Hzより高い刺激を振動として捉えられないこと,さらには電極の配置を変更して刺激する神経をより皮膚深部に設定することによって,100Hz程度までの振動を弁別できるようになることを発見した.さらにこの特異な現象が電気刺激において皮膚下に存在する受容器のうちある1種類のみ刺激しているために生じていることを示した.