Magnet IO : ボイスコイルを用いた新しい触覚アクチュエータ

MagnetIO: Passive yet Interactive Soft Haptic Patches Anywhere [1]

シカゴ大の研究チームが、MagnetIOと呼ばれる新しいタイプの触覚アクチュエータを提案し、その成果を2021年度のCHI会議に寄稿しています。この触覚アクチュエーターは2つの部分で構成されており、1つはユーザーの指の爪に装着される電池式のボイスコイルで、もう1つは任意の表面（日常のオブジェクト）に取り付けることができるインタラクティブなソフトパッチです。

ボイスコイルを装着したユーザーの指がインタラクティブパッチのいずれかに接触すると、磁力計を介してその磁気シグネチャを検出し、パッチを振動させ、入力のみのインタラクションに触覚フィードバックを返すそうです。
これらのパッシブパッチを振動させるために、分極したネオジム粉末をドープした領域を備えたシリコーンでパッチを作成し、柔らかく伸縮性のある磁石を実現しています。この伸縮性のあるフォームファクターにより、ユーザーの体やさまざまな形の日常のオブジェクトに巻き付けることができるとしています。

家の壁に触覚ボタンを追加するなど、これらが多くの状況に触覚出力を追加する方法を示し、技術評価では、インタラクティブパッチが広範囲の周波数（0〜500 Hz）で励起され、パッチの形状に基づいて特定の周波数で共振するように調整できることを示しています。さらに、MagnetIOの振動強度が一般的な線形共振アクチュエータ（LRA）と同じくらい強力であることを示しており、複数の振動モードを備えたスプリングとして動作するため、同等のLRAよりも共振周波数周辺の帯域が広くなるとしています。

[1] : Mazursky, A., Teng, S. Y., Nith, R., & Lopes, P. (2021, May). MagnetIO: Passive yet Interactive Soft Haptic Patches Anywhere. In Proceedings of the 2021 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (pp. 1-15).

URL : https://dl.acm.org/doi/10.1145/3411764.3445543

電通大、シカゴ大の研究チームによる手の甲へのEMSによって器用さが増す研究

Increasing Electrical Muscle Stimulation’s Dexterity by means of Back of the Hand Actuation [1]

電気通信大学とシカゴ大学の研究チームが、手の甲への電気的筋肉刺激 (EMS) において前例のないレベルの器用さを可能にする手法を提案し、2021年度のCHI会議に寄稿。その成果がBest paper awardに選ばれています。

一般的にEMS は、機械式アクチュエータと比較してフォーム ファクターが小さいため、フォース フィードバックの有望な手法です。ただし、ユーザーの指を屈曲させる現在の EMS アプローチ (つまり、指の筋肉が固定される前腕の基部に電極を取り付ける) は、対象の指の中手指節 (MCP) 関節を他の指とは無関係に屈曲させることができないため、制限されます。つまり、現在の EMS デバイスは 1 本の指だけを曲げることができず、常に隣接する指に望ましくない作動を引き起こします。

そこで、器用さを解消することに取り組むため、研究チームらは、電極を手の甲に配置する新しい電極レイアウトを提案し、検証しています。電極は、EMS に関してこれまで注目されていなかった手のひらの骨間/虫様筋を刺激するそうで、論文中に記載のあるように、ユーザー調査では、既存の EMS 電極レイアウトと比較して、この手法には 4 つの重要な利点があることがわかったと報告しています

(1) MCP 関節の周りの 4 本の指すべてをより独立して曲げることが可能。 （2）他の関節（近位指節間関節など）の望ましくない屈曲が少ない。 (3) 手首の回転に対してより堅牢。 (4) 校正時間を短縮。

これらの4つの利点から、これまで利用できなかったレベルの屈曲器用さを必要とするインタラクティブな EMS システムのアプリケーションを可能にするとしています。論文中では、3 つの楽器のチュートリアル (ピアノ、ドラム、ギター) と、ヨーヨーを操作しながら個々の指にフォース フィードバックをレンダリングする VR アプリケーションの 4 つのアプリケーションの例で、改善された器用さを示します。

[1] : Takahashi, A., Brooks, J., Kajimoto, H., & Lopes, P. (2021, May). Increasing Electrical Muscle Stimulation’s Dexterity by means of Back of the Hand Actuation. In Proceedings of the 2021 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (pp. 1-12).

URL : https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3411764.3445761

静電容量式タッチセンサーを介して聴覚フィードバックを生成する拡張空中フープ : SonicHoop

SonicHoop: Using Interactive Sonification to Support Aerial Hoop Practices [1]

空中フープは、アクロバティックなエクササイズと芸術的なパフォーマンスの両方のための円形の吊り下げ式デバイスであり、身体活動におけるインタラクティブなソニフィケーションの役割を探ることができます。フランスのソルボンヌ大学の研究チームが、静電容量式タッチセンシングを介して聴覚フィードバックを生成する拡張空中フープであるSonicHoopを紹介し、その成果を2021年度のCHI会議に報告しています。

これにより、演奏者は自分の体で演奏できるデジタル楽器になります。構造化された観察研究を通じて、2人のプロの空中フープパフォーマーと3つのソニフィケーション戦略を比較し、その結果、SonicHoopが知覚と振り付けのプロセスを根本的に変えることを示しているとしており、音楽を動きに変換する代わりに、音楽を構成する身体表現を検索します。音のデザインが異なれば、動きへの影響も異なり、音の種類に関係なく、聴覚フィードバックによって動きの質が向上するとしています。

論文中では、SonicHoopを空中フープトレーニングツール、デジタル楽器、クリエイティブオブジェクトとして使用する機会や、他のアクロバティックなプラクティスでインタラクティブなソニフィケーションを使用して、全身の垂直方向の相互作用を調査した結果を報告しています。

[1] : Liu, W., Dementyev, A., Schwarz, D., Flety, E., Mackay, W. E., Beaudouin-Lafon, M., & Bevilacqua, F. (2021, May). SonicHoop: Using Interactive Sonification to Support Aerial Hoop Practices. In Proceedings of the 2021 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (pp. 1-16).

URL : https://dl.acm.org/doi/10.1145/3411764.3445539

ロボットハンドが手の神経体にどう変化を及ぼすかの調査結果

Robotic hand augmentation drives changes to neural body representation [1]

人間は長い間、増強によってもたらされる機会に魅了されてきました。このビジョンは、技術革新に依存するだけでなく、拡張デバイスを学習、適応、およびインターフェースする脳の能力にも大きく依存しています。

ロンドン大、オックスフォード大らの研究チームが、ロボットの指を第3の親指として手の指に追加することで運動増強を成功させることができるかどうか、そしてその神経表現と生物学的に、手の機能にどのような影響があるかを調査し、その調査結果をScience Roboticsに寄稿しています。

健常者の参加者は、ラボベースと構造化されていない毎日の使用の両方を含め、5日間にわたって追加のロボット親指（第3の親指と呼ばれる）を使用するように訓練されました。参加者に、拡張された手だけを使用して通常は両手で行うタスクを完了するように要求し、手とロボットの相互作用を開発する能力を調べました。参加者は、トレーニングの前後に、さまざまな行動および脳の画像テストでテストされました。

トレーニングにより、認知負荷が増加した場合や視力が遮断された場合でも、第3の親指の運動制御、器用さ、および手とロボットの協調が改善されました。それはまた、第三の親指よりも具体化の感覚を高めました。その結果、増強は手の表現と運動制御の重要な側面に影響を与えました。 3番目の親指の使用は、生物学的手の自然な運動学的相乗効果を弱めました。さらに、脳の解読により、第3親​​指を着用していなくても、トレーニング後に増強された手の運動表現の軽度の崩壊が明らかになりました。

この調査結果は、柔軟な使用、認知への依存の減少、および具体化の感覚の増加の可能性で、運動増強が容易に達成できることを示しています。それでも、増強は生物学的手の表現に変化をもたらす可能性があります。このような神経認知の結果は、将来の増強技術の実装を成功させるために重要だとしています。

[1] : Kieliba, P., Clode, D., Maimon-Mor, R. O., & Makin, T. R. (2021). Robotic hand augmentation drives changes in neural body representation. Science Robotics, 6(54).

URL : https://robotics.sciencemag.org/content/6/54/eabd7935

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