空中に浮かぶボタンをポチリ!空中超音波触覚インターフェース

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流行りモノから新技術まで! 5分でわかる最新キーワード解説

空中に浮かぶボタンをポチリ!空中超音波触覚インターフェース

2015/11/04


 今回の最新キーワードは「空中超音波触覚インターフェース」。箱の中の何もない空間にぽっかり浮かぶボタンの映像を指で触ると「ポチリ」と接触感が伝わる空中触感タッチパネル、手のひらに投射した映像中の小動物が移動すると、さわさわと動き回る感触を覚える触覚プロジェクタ、光学的に再現した3次元クローン物体を押すと実物が傾く触覚クローン……。これらを実現したのは超音波技術です。いったいどんな原理なのでしょうか。

空中超音波触覚インタフェース

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「空中超音波触覚インターフェース」って何?

 超音波振動子を格子状に多数並べた超音波振動子アレイから、空中の任意の位置に焦点を結ぶように超音波を発生させると、そこには音響放射圧と呼ばれる圧力が生じる。その位置に人間の手指などがあれば、表面に押されるような触覚刺激が生まれる。この現象を利用して、バーチャルリアリティの世界に触覚を追加するのが「空中超音波触覚インターフェース」だ。

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何もない空間で触感が生まれるってどういうこと?

 映像や音響で実際にはそこにはないものを臨場感・現実感豊かに表現する技術はもうおなじみかもしれない。VR(Virtual Reality/仮想現実)やAR(Augmented Reality/拡張現実)技術による表現を誰もが一度は目にしたことがあるだろう。その仮想物体に触りたいという衝動に駆られることもしばしばだ。しかしそれはこれまで叶わなかった。
 その想いを実現してくれそうな技術が空中超音波触覚インターフェースだ。と言ってもそれほどしっかりした固体形状を感じさせてくれるわけではない。しかし本当はそこにはない空中に浮かぶアイコン映像を押すと、指に押した感覚が伝わる程度には触感を生み出すことができる。
 その技術を開発したのは東京大学大学院新領域創成科学研究科の篠田裕之教授のグループだ。篠田教授らはこれまでに超音波を利用した触覚表現技術をいくつも形にしてきた。例えば、2014年にデモが披露された「空中触覚タッチパネル」(図1)。これは中空のボックスの中に浮かぶアイコンをタッチすると、指にパネルを押した感触を生むシステムだ。

図1 空中触覚タッチパネル
図1 空中触覚タッチパネル
資料提供:東京大学 篠田・牧野研究室

 例えば手術室や食品加工現場などで、汚れた手で何かに触れることを避けたい場合に応用することができそうだ。またキー入力を使って開閉するドアロックに使えば、指紋を残さずにセキュリティを高めることもできる。
 空中に光学的な仕組みで立体映像を作り出す技術はすでにあり、映像センサーを用いて指の動きなどを感知して同様に入力インターフェースとして使う試みもあるが、指や手は何の感触もなく立体映像をすり抜けてしまい、操作性に課題がある。そこに触感をプラスすることで、確かに操作を行った感覚を得ることができる。またアイコンのあるところとないところで触感を変えれば、正確な操作をガイドすることも可能だ。
 このような実用性のあるシステムの他に、映像とシンクロした触感を生み出して、エンターティンメント領域で利用できそうな実験システムも開発されている。例えば「触覚プロジェクタ」だ。ヤモリが走る映像をプロジェクタで投射し、その映像の中に体を入れると、ヤモリが皮膚の上をかけのぼる感触が得られる(図2)。

図2 触覚プロジェクタ
図2 触覚プロジェクタ
資料提供:東京大学 篠田・牧野研究室

 もう1つ、研究成果を紹介しよう。図3は、右側にある紙風船が本物であり、左側に見えるのは、光学的に映し出したクローンの紙風船だ。クローンの方にもう1つの紙風船をぶつけると、本物の紙風船が飛ばされる(クローンの紙風船ももちろん同じように飛ぶ)。またクローンを揺さぶると、本物も同じように動く。この技術は「視触覚クローン(Haptoclone:Hapic & optical clone/ハプトクローン)」と呼ばれる。

図3 視触覚クローン
図3 視触覚クローン
資料提供:東京大学 篠田・牧野研究室

 同様の技術を利用して、離れた場所にいる人が互いに相手の姿を見ながら、手を伸ばして装置内に入れると、手が触れ合う感触を得ることもできる(図4)。

図4 離れた場所の二人の指が触れ合う感触を得る視触覚クローン
図4 離れた場所の二人の指が触れ合う感触を得る視触覚クローン
資料提供:東京大学 篠田・牧野研究室

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