「触覚技術」で離れたモノの手触りを伝達する

ロボットがつかんだ感触が手に伝わる
●慶応義塾大学が開発したハプティクスロボット

（写真=吉成 大輔）

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　慶応義塾大学新川崎タウンキャンパス（川崎市）の一室に、ポテトチップスをアーム型ロボットでつかむという、一風変わった実験装置がある。手元にあるのはハサミの取っ手のような器具。離れた位置にあるアームが、それと連動して動く。取っ手を動かすと、アームもそれに応じて開いたり閉じたりする。ここまでは既に実現されているロボット技術。驚くのはこの後だ。

要素の組み合わせで体感も伝わる
●視覚と体感を構成する3つの要素

出所：ミライセンス

　遠く離れたアームで、ポテトチップスをつかんでみる。アームに触れた瞬間、取っ手を持った手に、その感触が伝わった。強く握ると、ポテトチップスがパリッと割れた。その割れた際の感触も、まるで自分の手でポテトチップスを割ってしまったかのような感触を得ることができたのだ。

　離れた物体の「感触」を手元に伝える──。これが、「ハプティクス（触覚技術）」と呼ばれる技術だ。硬い、軟らかいといった「圧覚」、触った時のつるつる、ざらざらを感じる「触覚」、押されたり引っ張られたりする「力覚」という3要素を組み合わせれば、自分が触っているかのような感触を遠隔に伝えることができるのだ。

　19世紀にグラハム・ベルが発明した電話は「聴覚」を伝達することに成功した。20世紀に英BBCがテレビ放送を開始し、「視覚」の伝達が一般化された。そして21世紀、ハプティクスによって「触覚」の伝達が実現しようとしている。

矛盾する2つの性能を両立

　ハプティクスの研究が始まったのは1940年代と歴史は長い。しかし、長らく実現しなかったのには理由がある。相反する2つの性質を同時に実現する必要があったからだ。

　ハプティクスは、物体の感触をセンサーで認識し、それを信号に置き換えて遠隔に伝えることで成り立つ。この際、圧覚・触覚・力覚という3要素を伝達する性能と、自分の手の動きとアームの動きを同期させる性能の2つが必要になる。前者を優先すると同期が遅れ、後者を優先するとアームがチャタリング（機械が微細な振動を起こすこと）して不安定な状態になる。研究者の間では、「両者を同時に実現するのは不可能だ」というのが、長らく通説だった。

聴覚、視覚に次ぐ第3の情報伝達
●ヒトの感覚を伝達する手段の種類

　冒頭のポテトチップスをつかむロボットは慶応大学理工学部の大西公平教授らが開発した。力を直接計測するのではなく、加速度を1秒間に1万回測り、独自の計算手法で力を逆算。この方法がきっかけとなり、世界初の触覚ロボットを開発できた。2011年には特許も取得した。

　大西教授が狙うのは、産業用ロボットのイノベーションだ。「人間は対象に触れて硬さや軟らかさを感じ、モノを優しく扱うことができる。今のロボットは触覚がないためそれができないが、痛みを感じることができれば、ロボットはもっともっと賢くなれる」。

　大西教授の実験では、遠隔操作でアームを使ってねじを回し、その動作をロボットに記憶させることで、他の形状のねじでも同じように締めることができた。触覚を持ったことで、より柔軟なロボットが生まれたのだ。

　工場のほか、手術支援や災害現場などでの用途を想定する。「市場規模は50兆円といっても大げさではない」（大西教授）。実用化を狙って、複数の民間企業と共同開発を進めている。

　ハプティクスが活躍する場はロボットだけにとどまらない。より早く市場投入されそうなのが、VR（仮想現実）への応用だ。触感を手元のデバイスに伝えるだけなので、ロボットよりも技術的な難度は低い。仮想空間でそこにモノがあるかのような感触を再現できれば、VRのリアルさはより高まる。

脳をだませば触覚も伝わる

　パソコンの画面に、水が下から噴き出している様子が映し出されている（下の写真）。数cm角の装置を持って、その噴水の上から水を押し付けるように操作すると、下から水圧を受けたかのような“力”を感じた。次に画面がブラックホールに切り替わると、今度は手を下に吸い寄せる“力”を受けた。

ミライセンスのハプティクス製品。画面に噴水が現れると、まるで下から水圧を受けているような感触に。

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アルプス電気が開発したハプティックトリガー。マヨネーズを押し出す感覚を手元で再現できる

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　この“力”は、実際には存在していない。手に持った装置から特種な振動を伝えることで脳がだまされ、あたかも押されたり引っ張られたりしているかのように錯覚したのだ。ベンチャー企業のミライセンス（茨城県つくば市）が開発した、「3D触力覚技術」だ。

　創業者の一人である中村則雄取締役は産業技術総合研究所の研究者。ハプティクスを研究する過程で、リアルな力をそのまま伝えるのではなく、脳をだます方法があると考えた。

　「そんなことはできないはずだ」。2000年代中頃に学会で発表すると、総スカンをくらった。視覚の錯覚については広く知られていたが、触覚にも錯覚が存在することは分かっていなかったからだ。中村氏は微細な振動を研究し、何かを押したような感覚や表面のざらざら感、押されるといった力などを錯覚させることに成功。ミライセンスは24件の特許を取得している。

　スマホの画面に様々な感触を再現するなど、3D触力覚技術の応用範囲は広い。同社の香田夏雄社長は「既に数社とそれぞれの分野で商談を進めている。数年後には実用化したい」と意気込む。

　ベンチャーだけではなく、電子部品大手もハプティクスに本腰を入れ始めた。村田製作所や日本電産が「次の狙いはハプティクス」と公言しており、次世代スマホ向けの製品開発を急ぐ。

　アルプス電気は2017年にも、ゲーム向けデバイス「ハプティックトリガー」の量産を開始する。同製品は内蔵したモーターの力で指を押し戻すことで、モノの硬さを表現する。例えばハサミで硬いケーブルを切る画面では、ケーブルに指が当たった時の感触や、切断した際の感触を作り出す。

　感触を伝えるための材料開発も進む。栗本鐵工所が開発した「ナノ磁気粘性流体」は鉄の微粒子を混ぜた液体で、磁力の強さで粘り気や硬さを自由自在に再現できるようになった。例えばドローンやラジコンのコントローラーに使えば、逆風を受けた時の抵抗感を操作者に伝えることができる。

　既に、無線操縦機国内大手の日本遠隔制御（大阪府東大阪市）が製造するコントローラーへの採用が決定。今年中にも、初の製品が発売される予定だ。

　次々に技術開発が進むハプティクス製品。共通する課題がコストの高さだ。量産化された製品や部品が現時点では少ないこともあり、「スマホに採用されたとしても、製品コストは少なくとも1割は上がる」（電子部品大手の幹部）との指摘もある。

　ロボットやスマホなどに広く採用されるようになるか否かは、ハプティクスによってどんな付加価値が提供できるかにかかっている。感触を味わえた時の驚きは確かにある。だが、その驚きを利用者のメリットにつなげることができなければ、コスト増をクリアすることはできない。

　ハプティクスは全く新しい技術だけに、可能性は無限大。技術シーズを持つ企業と触覚を使った製品やサービスを実現する企業の協業が、巨大な新市場を生む。

（日経ビジネス2016年5月16日号より転載）