2020年秋学期 - 触覚の科学と技術 / HAPTIC SCIENCE AND TECHNOLOGY
| C2126 触覚の科学と技術 HAPTIC SCIENCE AND TECHNOLOGY |
特設科目 Special Seminars 2 単位 |
| 実施形態 | 完全オンライン |
| 開催日程 | 秋学期 月曜日２時限 |
| 担当教員 | 仲谷 正史（ナカタニ マサシ） |
| 関連科目 | 前提科目（関連）: 12180,B6007,03060,B6101,B6136,90587,C2031,34060,C2117,90609,B6132,34070,B6155,90603,90650,C2121,90557,C2033,60420,34040,B6131,B6048 |
| 開講場所 | SFC |
| 授業形態 | 講義、実習・演習 |
| 履修者制限 |
履修人数を制限する Only the selected students can take this course. |
| 履修条件 |
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| 使用言語 | 日本語 |
| 連絡先 | mn2598@sfc.keio.ac.jp |
| 授業ホームページ | |
| 同一科目 |
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| 学生が利用する予定機材/ソフト等 |
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| 設置学部・研究科 | 総合政策・環境情報学部 |
| 大学院プロジェクト名 |
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| 大学院プロジェクトサブメンバー |
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| ゲストスピーカーの人数 | 2 |
| 履修選抜・課題タイプ=テキスト登録可 | true |
| 履修選抜・選抜課題タイプ=ファイル登録可 | true |
| GIGAサティフィケート対象 | |
| 最終更新日 | 2020/07/22 17:41:34 |
科目概要
本授業は五感の中でもっとも身近である触覚に焦点を当てる。テクノロジーの発展によって私たちの日常生活は安心で快適なものになったが、その一方でケガをする、汚れるといった体験は急激に少なくなった。それがゆえに、実体験を提供するワークショップや身体感覚に意識を向けるトレーニングの価値が見直されてきている。身体感覚の基礎である触覚の科学と、触覚情報を定量的に取得・再現する技術を紹介しながら、触れることの面白さ・興味深さを共有する。
This lecture series focuses on the sense of touch. Our daily lives become more comfortable than the previous ones thanks to technical advancement (transportation, telecommunication, and infrastructure). We rarely get dirty and injured from daily activities as long as we live an ordinary life.
Such a trend makes us reconsider the importance of actual experience. The hands-on workshop is now popular content for most of the people, implying direct experience is needed for many people. Direct experience is highly related to touch sense, which is a personal and subjective experience.
This lecture introduces the science of haptic experience and also present current haptic technology. A hands-on demo is provided in some lectures in order to attract broader interests from students.
授業シラバス
主題と目標／授業の手法など
本授業は、「触れること」が工学技術に下支えされながら、科学の文脈でどのように研究されているのかを理解することが目標である。
講義を中心に授業を進める。各授業で触覚の基礎となるトピックを取り上げ、最近の論文による知見を紹介しながら理解を深めてゆく。一部の授業ではビデオ教材などを利用しながら、触覚技術に親しむ入り口を提供する。最終講義では、それまでの授業のまとめと試験を実施し、授業全体の理解度を測る。
The objective of this lecture is to provide broader knowledge on the sense of touch (haptics) with the recent advancement of haptic technologies. The lecture is the main content of this class, and a hands-on demo is available in some lectures in order to enhance actual contact with haptic technologies. The latest research topics are also introduced during the lecture.
In the final lecture, a paper-based test is conducted. Students need to show their understanding level with this paper test and Q&A discussion in each lecture.
教材・参考文献
授業において適宜、参考文献を提示します。下記は触覚研究を広くまとめた文献になります。
(1) 岩村吉晃. タッチ. 医学書院, 2001. (2) Eric R. Kandel (Eds.). カンデル神経科学. メディカルサイエンスインターナショナル, 2014. (3) 東山 篤規 ほか. 触覚と痛み. ブレーン出版, 2000. (4) 仲谷正史, 筧康明, 三原聡一郎, 南澤孝太. 触楽入門. 朝日出版社, 2016. (5) デイヴィッド・J. リンデン. 触れることの科学: なぜ感じるのか どう感じるのか. 河出書房新社, 2016.
提出課題・試験・成績評価の方法など
出席(10%)、授業での発言(10%)、中間課題(40%)、最終試験 (40%)
Class attendance (10%), Q&A session in each lecture (10%), mid-term report (40%) and final test (40%) are utilized for giving a credit with individual evaluation.
履修上の注意
授業計画
第1回 イントロダクション：触覚の科学
[Introduction: Haptic Science and Technology]
私たちは身体を持っていて、その身体に与えられた刺激を解釈することで、行動を変容させている。
その根本にあるのが、触覚である。様々な動物種における触覚の違い、ボディマップ（身体の脳地図）の違いについても言及しながら、授業への興味を喚起する。
Our body always receives exogenous stimuli from the outside body, leading to conscious and unconscious behavioral changes. This ability relies on a sense of touch. In this introductory lecture, a summary of the entire class is presented.
第2回 触覚と芸術：ゲストスピーカートーク
[Haptics and art: Guest speaker session]
本ゲストトークでは、原始感覚に近い触覚を芸術の中に取り込む試みについて講演をいただく。科学や工学とは異なる視点からの、触覚の理解の方法論を提供する。
We welcome a guest speaker from the art field of haptics research. The guest speaker will give a talk about the importance of touch in art composition.
第3回 触覚の神経情報科学：皮膚の中のセンサと末梢神経系 (1) 圧・振動の感覚
[Haptics neuroscience: Peripheral nervous system and mechanoreceptors (1) Vibration and pressure information ]]
皮膚の中にある触覚受容器はそれぞれ異なる感覚を司っている。
機械受容器のメカニズムについて解説をするとともに、圧・振動を得る仕組みについて解説する。
Touch receptors are the first contact points for exogenous mechanical/chemical/thermal stimuli. This class discusses the fundamentals of tactile receptors that govern mainly vibratory and pressure tactile inputs.
第4回 触覚の神経情報科学：皮膚の中のセンサと末梢神経系 (2) 温度・かゆみ・痛みの感覚
[Haptics neuroscience: Peripheral nervous system and thermo receptors/nociceptors (2) Cool, Hot, Itch, and Pain]
皮膚における感覚で、機械感覚に加えて重要なのが温度や痛み、かゆみの感覚である。これらの感覚はどのようにして検出されているのだろうか。この検出原理を解説するとともに、皮膚細胞そのものが担う役割についても言及する。
One important aspect of touch is to protect the body from external stimuli. To achieve this, we can easily perceive the cooling/warming temperature and painful/nocuous mechanical stimulus. This lecture discusses how these sensations are detected in the peripheral nervous system.
第5回 触覚の心理学：触覚の評価方法
[Haptic psychology: sensory evaluation methods ]
触覚の評価方法は、２点弁別閾実験のように感覚そのものを試すものもあれば、触質感（硬さ・粗さ）を評価する方法も考案されている。本授業では、心理的な触感覚の評価方法について解説する。
A classic method to evaluate sense modality is to measure thresholds (detection/just noticeable difference, etc). A recent study vigorously evaluates not only sensory threshold but also material tactile perceptions such as softness, roughness, warmness, and wetness. This lecture summarizes representative results of tactile psychology and their evaluation methods.
第6回 触覚の心理物理学：振動の知覚
[Haptic psychology: vibrotactile sensation and perception]
振動刺激は触覚研究において最も利用される物理刺激である。技術者は振動パターンを工夫することで触覚を通じた情報提示の研究を推進し、科学者は振動刺激を利用して触覚情報処理の詳細な研究を行なっている。これらの知見を解説して、基礎的な触覚情報処理について理解を深める。
The vibrotactile sensation is a well-studied area of haptic psychology. Using vibrotactile pattern presentations in multiple body sites, haptic scientists try to uncover neural processing of touch modality in the brain. This lecture discusses several important findings in vibrotactile sensation.
第7回 触覚の心理学：テクスチャーの知覚
[Haptic psychology: texture perception]
振動刺激は触覚研究において最も利用される物理刺激である。技術者は振動パターンを工夫することで触覚を通じた情報提示の研究を推進し、科学者は振動刺激を利用して触覚情報処理の詳細な研究を行なっている。これらの知見を解説して、基礎的な触覚情報処理について理解を深める。
This lecture talks about texture perception. Many researchers are interested in evaluating texture perception, but it is a very complex phenomenon to analyze due to nonlinear frictional behavior between materials and the skin. A recent study on evaluating texture perception with neural recordings is introduced.
第8回 触覚とバーチャルリアリティ：ゲストスピーカートーク
[Haptics, virtual reality, and augmented reality ]
本ゲストトークでは、触覚技術を取り入れながらも、五感全般を使って人間の認知を変調するバーチャルリアリティ研究を行っている先生をお招きし、触覚の科学と技術に関するご講演をいただく。
The guest speaker will give a talk about his latest research on haptics and virtual/augmented reality. His research perspective is very unique, so that audience will obtain multiple insights from the talk.
第9回 触覚の工学：触覚センサ
[Haptic engineering: tactile sensors]
触診や製品のさわり心地の評価に、触覚センサは広く開発されてきた。
触覚センサ各種について話し、現在、どのようなセンサがが利用可能であるかを解説する。
Tactile sensing is one of the popular applications in haptic study. A numerous number of tactile sensors are developed and utilized in multiple fields such as the medical, vehicle, and entertainment industries. This lecture introduced several tactile sensors commercially available in the market.
第10回 触覚の工学：触覚ディスプレイ
[Haptic engineering: tactile displays]
触覚研究で近年特に注目を集めているのが、触感を再現する研究である。
触覚を工学的に再現する触覚ディスプレイを紹介し、そのうちのいくつかについてデモ体験を提供する。
Haptic displays are now very common technology especially in cell phones, smartwatches, and game controllers. This lecture provides several video-based demos of haptic displays.
第11回 触錯覚とバーチャルリアリティ
[Haptic illusions and virtual reality]
触覚では５０種類以上の錯覚が報告されている。これら錯触覚は、身体の動きの感覚と密接に結びついていたり、視聴覚と同時に提示されることで体験されるものが多い。錯触覚現象や視聴覚を利用した触感伝達技術の体験を通して、触覚への理解を深める。
Over fifty haptic illusions are reported so far. The number of haptic illusions is small, but its effect is compelling. This lecture provides several hands-on demos on haptic illusions and possible explanations that help us understand the brain mechanism of haptic perceptions.
第12回 心地よい触覚刺激の神経科学
[Neuroscience of affective touch]
私たちは触覚刺激を通じて形やテクスチャーを認識し区別することができる一方で、触覚刺激がどの程度心地よいのかについても知ることができる。心地よい触覚刺激を処理する神経回路基盤は、認識し区別する神経回路基盤とは異なっていることが知られている。触覚がもたらす心地よさの神経基盤について解説する。
This lecture discusses two distinct aspects of touch: discriminative and affective touch. The study has revealed that neural circuits of affective touch are different somehow from discriminative touch. The importance of affective touch is also discussed in terms of developing attachment and bonding between mother and infant.
第13回 まとめ／ふりかえり
[Class wrap up]
これまでの授業内容を振り返り、最終課題に受講者は取り組む。
This lecture wraps up the entire series of lectures. The final report will be assigned to students.
第14回 ［授業外課題］触錯覚の調査
[[Additional assignments] Survey on tactile/haptic illusions]
これまでに知られている触覚の錯覚は50個以上あると言われている。これらを記述した論文を3本検索し、その論文のタイトル、概要、論文へのURLを指定したscrapboxのページに列挙する。
There are more than fifty tactile/haptic illusions reported in history. Students need to look for three original research journal papers to read. Students need to itemize (1) the title of the paper (2) summary of the paper (written by students) and (3) the link URL to the paper in the scrapbox page.
第15回 ［中間課題］触錯覚を自作する
[[Mid term assignments] Creating tactile/haptic illusions]
受講者は、3Dプリンタやレーザーカッター、もしくは自前の用具（紙、カッター、のり、etc）を使って、触錯覚を自分で作成する。その作成した触錯覚を紹介するムービー(30秒以内）を作成し、指定のscrapboxページにアップする。この中間課題の提出が成績の40%を決める。
Students need to create/replicate tactile/haptic illusions on their own using 3D printers/laser cutters/any utensils (papers, cutters, glues, etc). Students also need to create video content to explain the tactile/haptic illusion and upload the video to the specified link in the scrapbox page. The content of midterm submission determines the 40 % of the grade.
15回目に相当するその他の授業計画
学期の中間にて、レポート課題提出があります。それまでの授業の理解度を測ります。
また、授業での積極的な質問は、成績評価に加味します。
Mid-term report will be assigned. Attendance for the Q&A session in the lecture is positively evaluated.