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【医療】あなたは触覚学を知っていますか?生活の至る所に応用されています【VR】

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本記事は、What Is Haptics? Definition And Applications
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約5分2秒

触覚「ハプティクス」という用語は、触覚を意味するギリシャ語の「haptikos」に由来します。触覚は能動(アクティブ)と受動(パッシブ)に分類できます。

 

触覚は、主に情報を通信、認識するのにアクティブタッチに関連付けられています。これは接触を含むあらゆる相互作用を指しています。

 

非言語コミュニケーションの分野では、触覚とは、動物と人々が触覚を介してコミュニケーションや相互作用する方法を指します。

知覚的に、触覚とは文字通り「何かをつかむ」能力を意味します。
技術的には、触覚とは、ユーザーに力、動き、振動を加えることで体験を作りだすことを指します。

 

この記事では、接触学の歴史、実装、アプリケーションなど、技術的な側面に焦点を当てました。

 

基本のきから始めましょう:触覚とは一体何でしょうか?

定義:  触覚学とは、人間のコンピューターアプリケーションとの相互作用に触覚と制御を適用する科学です。触覚デバイスは、ゲームコントローラやジョイスティックなどの入出力デバイスを介したユーザーとコンピュータ間の物理的な接触を伴います。

 

 

触覚学はどのように実装されているのでしょう

ハプティクス技術は、振動と力のフィードバックの2つの方法で実装できます。

 

1.振動:

多くの電子機器は、振動を介して触覚フィードバックを提供します。振動は通常、ドライブシャフト上の不平衡質量からなる電気モーターによって生成されます。シャフトが回転すると、不規則なかたまりが回転し、接続されているデバイスが振動します。

 

iPhoneやMacBookなどの最新のデバイスは、振動を使用して触覚フィードバックを提供しています。ただし、電気モーターの代わりに、磁気ボイスコイルで振動を発生させます。かたまりが相互に働き、応答タイマーは短く、触覚が正確になります。

 

 

2.フォースフィードバック:

多くのデバイスがモーターを使い、ユーザーが保持するオブジェクトの動きを制御します。運転支援システムとレーシングビデオゲームは、良い例です。ステアリングホイールを回転させ、アクセルまたはブレーキを押して、実際の車両を運転するときの経験をシミュレートします。

 

 

用途

最も初期のハプティクス技術はエラーを感知する負のフィードバックシステムを備えた大型飛行機でした。オペレーターが目に見えない障壁を「感じ」、回避できるように、危険な飛行条件を警告をする目的でした。

 

オーライントラクター| 画像クレジット:ウィキメディア

 

1970年代初頭、最初の触覚通信システムはベル電話研究所で開発されました。20年後、個人用触覚インターフェースメカニズムを備えたウェアラブルな力覚フィードバックデバイスとシステムが開発されました。

 

今日、ハプティクス技術には、ロボット工学、医学、バーチャルリアリティなど、数十の適用があります。

 

 

1.デスクトップとモバイルデバイス

Phoneに埋め込まれたTapticエンジン| 画像クレジット:iFixit

 

アップルは、MacBookシリーズで触覚タッチパッドのデザインを発表しました。2015年、同社はすべてのMacBookに「Force Touch」トラックパッドを組み込み、Tapticエンジンでクリックをシミュレートしました。このフォースタッチテクノロジーは、圧力センサーで、Appleデバイスに新たな入力方法を追加します。

 

多くのスマートフォンは、触覚による触覚フィードバックを使用して、タッチが受け入れられたことをユーザーに通知します。一部のデバイスは、タッチスクリーンやその他の物理的な表面に触覚効果を生み出す表面触覚テクノロジーを使用しています。

 

さらに、触覚ディスプレイデバイスは、触覚を使用してグラフィックやテキスト情報を提供します。聴覚障害者や視覚障害者の支援に非常に役立ちます。

 

 

2.ビデオゲーム

Xbox Oneコントローラーはインパルストリガーテクノロジーを採用

 

Fonzなどのアーケードゲームは、1970年代半ばに触覚フィードバックを採用しました。20世紀の終わりまでに、ジョイスティック、ゲームコントローラ、ステアリングホイールなどの触覚デバイスが一般的になりました。

 

現在、MicrosftのImpulse TriggerテクノロジーやSonyのDualShockテクノロジーなど、ジョイスティックとコンソールコントローラーには、フィードバックデバイスが組み込まれています。

 

2018年、Razerは、一対の幅広い周波数の触覚ドライバーを搭載したNari Ultimateという名前のワイヤレスヘッドセットを発表しました。ソニーはPlayStation 5コントローラーでより正確な触覚フィードバックのためにトリガーコントロールの抵抗を取り入れることを検討しています。

 

 

3.自動車および航空

 

触覚フィードバック技術は、車のダッシュボードに取り付けられた大型のタッチスクリーンコントロールパネルにも搭載されています。ドライバーが道路から目を離す必要がないように、タッチコマンドの確認ができるので安全性を高めます。

 

また、制限速度を超えた場合の警告振動パターンなどもあります。

 

航空業界は、操縦性が飛行エンベロープの境界によってどのように影響を受けるかを伝えるために触覚技術も採用しています。触覚システムは、力と剛性のフィードバックを使用して、失速、速度超過、または過度の負荷要因など、パイロットが飛行の安全でない状態に入るリスクを軽減します。

 

 

 

4.ロボット工学

 

 

接触学と呼ばれる新しいロボット制御技術は、テレプレゼンスで複雑なタスクを実行する目的で開発されています。たとえば、医師が外科用ロボットを使い地球の反対側から操作したり、小さすぎたり手に合わないアイテムを操作したりできます。

 

研究では、ロボットの制御に触覚フィードバックを組み込むと、精度が向上し、組織の損傷が減少することが示されています。医師は、仮想現実での患者へ、実際の切断や縫合の感覚を実感しながらトレーニングすることもできます。

 

このタイプのロボットは、災害から人を引き出す、爆弾の防御、または船外活動の準備をせずに宇宙船の計器を修理するなど、さまざまな状況でも役立ちます。

 

研究者は、リーチオブジェクトと同じようにユーザーの皮膚を押す120のマイクロ流体アクチュエータを備えたハプティックグローブを開発できました。高性能な擬人化ロボットハンドに取り付けると、温度、力、振動など、人の指先が感じるものを感知できます。

 

 

5.医療

 

全体の手の触覚| クレジット:画像分析センター

 

医療分野では、触覚インターフェースは、インターベンショナルラジオロジーや腹腔鏡検査などの侵襲的手順のトレーニングや、歯科学生のトレーニングに使用されます。

Center for Image分析はこの分野で10年以上稼働しています。ステレオビジュアライゼーションと高忠実度ハプティックフィードバックを組み合わせて、骨片の修復の術前テストを可能にするHASPシステムを開発しました。

 

また、柔軟なハプティックスカルプティングツール、ビジュアルアセンブリ用のハプティックアライメントツール、真の3Dディスプレイを備えた手全体のハプティックスも設計しました。

 

 

6.バーチャルリアリティ(VR)

NeoSensoryのハプティックジャケット

 

バーチャルリアリティ接触学テクノロジーは、視聴覚に加えて、ユーザーに触覚を通じて仮想環境を感じさせ、人工世界にさらなる次元を加えることができます。

 

多くの企業が、トルソーや全身ハプティックスーツなどの魅力的なハプティック製品を開発し、真にせまった体験をすることができます。

 

たとえばディズニーは、身に着けている人に物理的に体験をシミュレートするフォースジャケットを作りました。約2キロのソフトウェア制御ジャケットで、26のエアコンパートメントを膨張、収縮させるバルブシステムを備えています。ジャケットは、ゲームやエンターテイメント業界で使えるよう設計されています。

 

NeoSensoryという名前の別の会社は、着用者が壁を通り抜けた感覚や、他のアバターとの触れ合い、抱擁、雨滴、銃声、爆発を感じることができる触覚ジャケットを開発しています。

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