CityU researchers develop wireless, ultrathin “Skin VR”

【www.DeepL.com/Translator（無料版）で翻訳しました】

シティユー研究者、仮想世界で鮮やかな 「パーソナル 」タッチ体験を実現するワイヤレス極薄「Skin VR」を開発
2022年12月15日

触覚によるバーチャル体験の強化が話題になっていますが、今日の触覚デバイスは一般的にかさばり、ワイヤーで絡まった状態のままです。香港城市大学（CityU）の研究者が率いるチームは最近、WeTacと呼ばれる手に装着する高度な無線触覚インターフェースシステムを開発しました。このシステムは、極薄の柔らかい特徴を持ち、個人化された触覚データを収集して、メタバースで鮮やかな触覚体験を提供することができます。

このシステムは、ゲーム、スポーツや技能訓練、社会活動、ロボットの遠隔操作などへの応用が期待されています。研究を主導したCityUの生体医工学科（BME）准教授Yu Xinge博士は、「触覚フィードバックは、視覚や聴覚情報とともに、バーチャルリアリティ（VR）において大きな可能性を秘めています。そこで、触覚インターフェースをより薄く、柔らかく、コンパクトでワイヤレスにし、第2の皮膚のように手の上で自由に使用できるようにするための試みを続けています」と述べています。

Yu博士のチームは、機械工学科（MNE）主任教授のLi Wenjung教授、生体医工学科（BME）准教授のWang Lidai博士、その他の共同研究者とともに、超柔軟でワイヤレスの統合型皮膚VRシステム「WeTac」を開発しました。この研究成果は、科学雑誌「Nature Machine Intelligence」に「Encoding of tactile information in hand via skin-integrated wireless haptic interface」と題し、表紙記事として掲載されました。

かさばる手袋の代わりに、軽量でワイヤレスのウェアラブルハンドパッチ

既存の触覚手袋は、そのほとんどがかさばるポンプやエアダクトに依存し、たくさんのコードやケーブルを通じて電力供給や制御を行っており、VRや拡張現実（AR）ユーザーの没入感を大きく妨げています。今回開発されたWeTacは、柔らかく極薄の皮膚一体型ワイヤレス電気触覚システムで、これらの欠点を克服しています。

このシステムは、コントロールパネルとして前腕に装着する小型のソフトドライバユニットと、触覚インターフェースとしてのハイドロゲルベースの電極ハンドパッチの2つの部分から構成されています。

ドライバーユニット全体の重量は19.2gで、腕に装着できるサイズ（5cm x 5cm x 2.1mm）です。Bluetooth low energy（BLE）無線通信と小型充電式リチウムイオンバッテリーを使用しています。ハンドパッチは厚さ220μm～1mmで、手のひらに電極があります。柔軟性に優れ、さまざまなポーズやジェスチャーで効果的なフィードバックを保証します。

高画素密度デバイスでパーソナライズされた体験を提供

「電気触覚刺激は、ユーザーに効果的なバーチャルタッチを提供するのに適した方法です」とYu博士は説明します。「しかし、個人によって感度が異なるため、同じフィードバック強度でも、ユーザーの手によって感じ方が異なる可能性があります。そのため、現在の触覚技術におけるもう一つの大きなボトルネックを解消するために、すべてのユーザーに普遍的なツールを提供するために、フィードバックパラメータを適宜カスタマイズする必要があります」

WeTacの超軟質機能により、個々のユーザーに対して閾値電流を簡単にマッピングし、手の各部位に最適なパラメータを決定することができます。個人用に設定された閾値データに基づいて、電気触覚フィードバックは、痛みを引き起こしたり、弱すぎて感じられなかったりしないように、適切な強度範囲で必要に応じて手のどの部分にも届けることができるのです。このようにして、空間的・時間的なシーケンスを含む仮想触覚情報を、手全体で忠実に再現することができる。

WeTacパッチは手に装着することで、プログラム可能な時空間フィードバックパターンを提供し、指先だけでなく手のひらにも32個の電気触覚刺激ピクセルを搭載しています。電極間の平均中心間距離は約13mmで、手全体を広くカバーすることができます。

また、感電からユーザーを守るための安全対策がいくつか組み込まれており、連続使用時の熱的不快感を与えないよう、デバイスの温度は27～35.5℃と比較的低い範囲に保たれています。

ARシナリオでは、仮想マウスが前方にホップし、手の各ポイントに短時間静止する。ハイドロゲル電極を用いたハンドパッチは、手のひら側に32個の電気触覚刺激ピクセルがあり、ユーザーごとに閾値電流を容易にマッピングすることができます。

幅広いアプリケーションの可能性

WeTacは、VRやARのシナリオに組み込まれ、BLE通信によってロボットハンドと同期することに成功しています。小型化、ウェアラブル化、ワイヤレス化、そして感度重視のフィードバック戦略により、WeTacは手の触覚フィードバックをより簡単かつユーザーフレンドリーなものにしています。ユーザーは、スポーツトレーニングでテニスボールを握ったり、サボテンを触ったり、社会活動やバーチャルゲームなどで手の上を走るマウスを感じたりと、さまざまな場面で仮想オブジェクトを感じることができます。

「私たちは、これが仮想の触れ合いを提供する強力なツールであり、メタバースやヒューマンマシンインターフェース（HMI）などの分野の発展にインスピレーションを与えると信じています 」とYu博士は述べています。

香港城市大学のYu Xinge博士（中央）と、Zhou Jingkun氏（右）、Wu Mengge氏（左）、Yao Kuanming氏らの研究チームは、「WeTac」システムを開発しました。
出典：香港城市大学

最初の共著者は、BME博士課程のYao Kuanming氏とZhou Jingkun氏、当時MNE博士課程のHuang Qingyun氏、BME研究助手のWu Mengge氏、BME博士課程のYiu Chun-ki 氏の4名です。責任著者は、CityUのYu博士、Wang博士、Li教授と、中国電子科技大学のYu Junsheng教授です。その他の共同研究者には、復旦大学のSong Enming教授（元CityU脳心血管健康工学香港センター研究員）、北京大学のZhang Haixia教授とHan Mengdi博士が含まれています。

本研究は、CityU、香港研究助成委員会、革新技術基金（ITF）、COCHE、中国国家自然科学基金から支援を受けています。