触覚技術

触覚フィードバックは、遠隔操作で複雑なタスクを実行するために不可欠です。高度なロボットハンドであるShadow Handには、すべての関節と指のパッドに合計129個のタッチセンサーが埋​​め込まれており、オペレーターに情報を伝達します。これにより、タイピングなどのタスクを遠隔から実行できます。^{[ 40 ]}初期のプロトタイプは、 NASAの人型ロボット、またはロボット飛行士のコレクションで見ることができます。^{[ 41 ]}

テレオペレーターは遠隔操作ロボットツールです。オペレーターが関連する力に関するフィードバックを受ける場合、これはハプティック遠隔操作と呼ばれます。最初の電気駆動式テレオペレーターは、1950年代にアルゴンヌ国立研究所でレイモンド・ゴーツによって放射性物質を遠隔操作するために作られました。^{[ 42 ]}それ以来、力覚フィードバックの使用は、遠隔操作水中探査装置などの他の種類のテレオペレーターでより広く普及しています。

医療シミュレーターやフライトシミュレーターなどのデバイスは、現実世界で感じられる力覚フィードバックを理想的に提供します。シミュレーションされた力はハプティック操作制御を使用して生成され、触覚を表すデータを保存または再生することができます。^{[ 43 ]}

医療シミュレーション用の触覚インターフェースは、腹腔鏡手術やインターベンショナルラジオロジーなどの低侵襲手術のトレーニング^{[ 44 ] [ 45 ]}や、歯科学生のトレーニング^{[ 46 ]}のために開発されている。仮想触覚バック（VHB）は、オハイオ大学オステオパシー医学部のカリキュラムにうまく統合された^{[ 47 ]}。触覚技術により、遠隔手術の開発が可能になり、熟練した外科医が遠隔から患者を手術できるようになった^{[ 48 ]} 。外科医が切開を行うと、患者に直接手を加えているかのように、触覚と抵抗のフィードバックを感じる^{[ 49 ] 。}

車両のダッシュボードに大型タッチスクリーンコントロールパネルが導入されたことで、ドライバーが道路から目を離すことなくタッチコマンドの確認を行うために触覚フィードバック技術が使用されるようになった。^{[ 50 ]}ステアリングホイールやシートなどの追加の接触面も、他の車両に近づいたときの警告振動パターンなど、ドライバーに触覚情報を提供することができる。^{[ 51 ]}

フォースフィードバックは、安全な飛行範囲への遵守を高め、パイロットの最終的な権限を維持し、状況認識を高めながら、パイロットが運用境界外の危険な飛行状態に陥るリスクを低減するために使用できます。^{[ 52 ]}

触覚フィードバックは、アーケードゲーム、特にレースビデオゲームでよく使われています。1976年、セガのバイクゲーム「モトクロス」 [ ^{22 ] （}別名「フォンズ」^{[ 23 ]）}は、触覚フィードバックを初めて採用したゲームで、他の車両との衝突時にハンドルが振動しました。^{[ 24 ]} 1983年、辰巳のTX-1は、自動車運転ゲームに力覚フィードバックを導入しました。 ^{[ 53 ]} 1989年、ゲーム「アースシェイカー！」はピンボールマシンに触覚フィードバックを追加しました。

シンプルな触覚デバイスは、ゲームコントローラー、ジョイスティック、ステアリングホイールの形で一般的です。初期の実装は、1997 年のニンテンドー 64 コントローラーのランブル パックなどのオプション コンポーネントを通じて提供されました。同年、フィードバックを内蔵したMicrosoft SideWinder Force Feedback Pro がImmersion Corporationから発売されました。^{[ 54 ]}多くのコンソール コントローラーやジョイスティックには、ソニーのDualShockテクノロジーやマイクロソフトのImpulse Triggerテクノロジーなど、回転して振動を引き起こすアンバランス ウェイト付きモーターであるフィードバック デバイスが内蔵されています。たとえば、一部の自動車のステアリング ホイール コントローラーは、道路の「感触」を提供するようにプログラムされています。ユーザーが曲がったり加速したりすると、ステアリング ホイールは、曲がるのを抵抗したり、制御不能になったりして反応します。

注目すべき紹介は以下のとおりです。

• 2013年：シミュレーションレース用初のダイレクトドライブ式ステアリングホイールが発売される。
• 2014年：LGエレクトロニクスによるマルチメディア入力に反応する新しいタイプの触覚クッション。^{[ 55 ]}
• 2015年：Valve社のSteam Machines（コンソールのようなPC）には、ユニットのトラックパッドを介して幅広い触覚フィードバックを提供できる重み付き電磁石を使用した新しいSteamコントローラーが含まれています。^{[ 56 ]}これらのコントローラーのフィードバックシステムはユーザーが設定可能で、コントローラーの両側にある触覚力アクチュエーターで正確なフィードバックを提供します。^{[ 57 ]}
• 2017年：ニンテンドースイッチのJoy-Conは、イマージョン株式会社と共同開発し、アルプス電気のアクチュエータを使用したHD振動機能を導入した。^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]}
• 2018年：ローフェルトが開発した、広帯域ハプティックドライバーを搭載したゲーミングヘッドホン、Razer Nari Ultimate。 ^{[ 61 ] [ 62 ]}
• 2020年：ソニーのPlayStation 5 DualSenseコントローラーは、手のひらグリップに統合されたボイスコイルアクチュエータによる振動触覚フィードバックと、 2つのDCロータリーモーターによるアダプティブトリガーの力覚フィードバックをサポートしています。 ^{[ 63 ]}ハンドグリップのアクチュエータは、ゲーム内のアクションについて多様で直感的なフィードバックを提供できます。たとえば、砂嵐では、プレイヤーは風と砂を感じることができ、アダプティブトリガーのモーターは、仮想的に弓から矢を引くなどの体験をサポートします。^{[ 64 ]}

触覚フィードバックは携帯電話でよく見られます。ほとんどの場合、これは触れると振動するという形をとります。アルパインエレクトロニクスは、多くのタッチスクリーンカーナビゲーションおよびステレオユニットでPulseTouchと呼ばれる触覚フィードバック技術を使用しています。 ^{[ 65 ]} Nexus Oneは、仕様によると触覚フィードバック機能を備えています。^{[ 66 ]}サムスンは2007年に初めて触覚機能を備えた携帯電話を発売しました。^{[ 67 ]}

表面触覚とは、タッチスクリーンなどの表面とユーザーの指が接触する際に、指に様々な力を加えることを指します。

注目すべき紹介は以下のとおりです。

• Tanvas ^{[ 68 ]}は静電技術^{[ 69 ]}を使用して、指の動きのプログラム可能な関数として、指先が受ける面内力を制御します。TPaD Tablet Project は超音波技術を使用して、ガラス製タッチスクリーンの見かけ上の滑りやすさを調整します。^{[ 70 ]}
• 2013年、Apple Inc.はマルチタッチサーフェスに適した触覚フィードバックシステムの特許を取得しました。Appleの米国特許「触覚フィードバックの位置特定方法および装置」では、マルチタッチ入力デバイスの下に少なくとも2つのアクチュエータを配置し、ユーザーがデバイスに接触したときに振動フィードバックを提供するシステムについて説明しています。^{[ 71 ]}具体的には、この特許では、1つのアクチュエータがフィードバック振動を発生させ、少なくとももう1つのアクチュエータがその振動を使用して、最初の振動がデバイスの他の領域に伝播するのを防ぐことで触覚体験の位置を特定する仕組みが規定されています。この特許では「仮想キーボード」を例として挙げていますが、この発明はあらゆるマルチタッチインターフェースに適用できることも指摘されています。^{[ 72 ]} AppleのiPhone（およびMacBook ）は「Taptic Engine」を搭載しており、磁気ボイスコイルによって質量を往復運動させるリニア共振アクチュエータ（LRA）によって振動を実現しています。これは、交流電気信号がスピーカーのコーン内で動きに変換されるのと似ています。LRAはERMよりも応答時間が速いため、より正確な触覚イメージを伝えることができます。^{[ 73 ]}

触覚は、これまで視覚のみだったインターフェースに触覚を追加する仮想現実システムの重要な要素として広く受け入れられつつあります。 ^{[ 74 ]}ホログラムを視覚的にも触覚的にも認識できるシステムを含め、3D モデリングやデザインに触覚インターフェースを使用するシステムが開発されています。^{[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ]}いくつかの企業は、没入型仮想現実で使用するために、爆発や銃弾の衝撃をユーザーが感じられるように、全身または胴体用の触覚ベストや触覚スーツを製造しています。 ^{[ 78 ]}

2015年、Apple Inc.のMacBookとMacBook Proは、ボタン機能と触覚フィードバックをトラッキング面に組み込まれた「触覚タッチパッド」デザインを採用し始めました。触覚タッチパッドは、タッチパッドが動かなくなったにもかかわらず、クリック時に「弾力性」を感じさせます。^{[ 79 ]}

2015年12月、デビッド・イーグルマンは、音声やその他の音声信号を振動の連続に「変換」するウェアラブルベストを実演した。^{[ 80 ]}これにより、聴覚障害者は音を体で「感じる」ことができるようになり、その後、リストバンドとして市販されている。^{[ 81 ]}

触覚電子ディスプレイは、触覚を使ってテキストやグラフィック情報を表示するディスプレイ装置です。このような装置は、視覚や聴覚の代替手段を提供することで、盲人や聴覚障害者のユーザーを支援するために開発されました。 ^{[ 82 ] [ 83 ]}