柔らかさ、硬さを感じるメカニズムと定量化技術

第1部 柔らかさや硬さなどの触り心地の定量化技術〜触覚受容器 vs 機械学習〜

(2023年7月7日 9:00〜10:30)

　我々はものを触っときに「柔らかい」「すべすべする」などの触感を感じます。さらに、こうした感覚を統合した結果として、「高級な」「安心する」といったより心理的な用語が連想され、好きな触感、嫌いな触感を判断すると考えられます。 　本講演では、官能評価実験によってものに触ったときの触感を定量化し、解析することによって、如何にして触感を定量的に理解すれば良いかを解説します。また、定量化された触感が、物理的な測定値とどのように関係するかも紹介します。触覚受容器の特性を利用した解析方法と機械学習を援用した解析方法を紹介することで、それぞれの特徴を解説します。

1. 触感知覚構造
   1. 階層的な触感知覚構造の整理
   2. 触感因子の抽出
   3. 階層間の定式化
   4. 場の取り扱い
2. 触感知覚構造の違い
   1. 触感知覚の地域差 (日本、米国、欧州の比較)
3. 触覚受容器の特性を利用した触感の推定
   1. 触覚と触感
   2. 触覚受容器の種類と特性
   3. センサとしての触覚受容器の理解
   4. 物理的なセンサで測定できる根拠
   5. 受容器特性を勘案した特徴量の抽出と触感推定
4. 機械学習を利用した触感の推定
   1. オートエンコーダによる特徴量の抽出と触感推定
   2. ウェーブレット画像とCNNによる触感推定
5. まとめ
• 質疑応答

第2部 高分解能触覚センシングで実現する指先以上の感覚と柔らかさ分布の可視化

(2023年7月7日 10:45〜12:15)

　本講演では、我々が国家プロジェクト (JST – CREST) で開発した高分解能触覚センシングによる「手触り感の計測技術」を紹介し、特に「柔らかさ」の分布を可視化できる高度な触覚センシング機能について解説します。今日、指先に及ぶ高い性能をもつ触覚センサが存在しないことが原因で、指先であればすぐに分かる対象の違いや変化、質感をセンシングすることさえままならないのが触覚技術の現状です。近年、我々は柔軟な皮膚だけが知ることのできる「やわらかさ」を計測可能な高分解能触覚センシングシステムをCRESTプロジェクトで開発し「空間分解能100μmの柔らかさ分布を可視化する」技術を大きく実用化に近づけました。 　今回、その技術のデモンストレーションを行うとともに、柔らかさを測る様々な応用技術と展開について紹介していきます。

1. 私たちが触覚質感を診る方法
   1. センシングとセンサの役割
   2. センサで人間の感情を測る
2. 触覚センシングの関連技術とその現状
   1. 触覚センサの各種製造技術
   2. 触覚センサの現状と応用
   3. 「手触り感」定量化の現状
3. 高分解能触覚センシングを「ナノ触覚センサ」で実現
   1. 指先が取得する「やわらかさ」のモデリング
   2. ナノ触覚センサが持つ唯一無二の性能
   3. ナノ触覚センサの第一世代,第二世代,第三世代
   4. ナノ触覚センサデバイスによる高分解能触覚センシング
4. 柔らかさの変化をつぶさに感じ取る「手触り感スキャナー」
   1. 指先を模倣する高分解能触覚センシングシステム
   2. 柔らかさ分布をスキャンする装置とその計測デモンストレーション
• 質疑応答

第3部 ヒトの触知覚メカニズムと 柔らかさ、硬さの感じ方、認知の仕方

(2023年7月7日 13:00〜14:30)

　人の柔らかさや硬さの認知は、意外と複雑なメカニズムを持っています。 　本講演の前半では、人の柔らかさ認知に関連する物理や生理学の基礎から、あまり知られていない柔らかさ認知における動作や感覚の法則性などを紹介します。 　後半では、人工的に柔らかさを提示する手法や、モデル化や遠隔伝送に関する技術、柔らかさの計測や制御の応用可能性と課題などに関して解説します。

1. 物体の柔らかさ/硬さ
   1. 剛性
   2. ヤング率
   3. 密度
   4. 構造
   5. ヘルツの法則
2. 人の体性感覚
   1. 触覚と自己受容覚
   2. 受容器の種類と特性
3. 柔らかさの定量化・表現
   1. 計測方法,表現方法
4. 人の柔らかさ認知動作
   1. 人の上肢動作
   2. 軌道制御
   3. インピーダンス
   4. 把持動作の法則性
   5. 柔らかさ認知のための把持動作
5. 柔らかさ認知に寄与する感覚
   1. 柔らかさ認知に寄与する感覚
   2. 各感覚の寄与率
6. 柔らかさ/硬さの提示
   1. 反力提示
   2. 触覚の提示
   3. 柔らかさの提示
   4. 柔らかさ/硬さの制御
   5. 柔らかさの疑似提示
   6. 柔らかさ感覚の改変
   7. 柔らかさ感覚の伝送
7. 柔らかさ計測・制御の応用可能性
   1. 医療・福祉への応用可能性と課題 (計測・制御・伝送)
   2. 日常生活用品への応用可能性と課題 (計測・制御・伝送)
• 質疑応答

第4部 機械学習による力触覚インターフェースの開発と応用

(2023年7月7日 14:45〜16:15)

　人工知能の発達に伴い、言語的な情報の扱いは飛躍的な発展を遂げている一方で、身体的な情報の扱いについては多くの課題が残されている。 　本講演では、人の動きや身体感覚を機械が理解し、機械が身体に働きかけて感覚を生成したり行動を変容したりすることで、より直接的に人々の生活を支援するための力触覚インタフェースについて、その基礎から応用までを紹介する。特に、人の運動推定、接触力推定、物体の硬さ推定などの機械学習を利用したインタフェースの開発事例を紹介するとともに、その応用可能性について議論する。

1. 背景
   1. 力触覚インタフェースの応用
   2. 力触覚インタフェースの基礎技術と課題
2. 動きの推定
   1. 手首の変形計測に基づく手指の動作推定手法
   2. 推定の評価結果
3. 接触圧力分布の推定
   1. トモグラフィを利用した高性能触覚センサ
   2. 実装事例と計測性能の評価
4. 硬さの推定
   1. 指の画像計測に基づく対象物体の硬さ推定手法
   2. 推定の評価結果
5. まとめ
• 質疑応答