EMAS: ElectroMagnetic Actuation System

Low-Latency Motion Transfer with Electromagnetic Actuation for Joint Action

Daisuke Tajima, Taku Tanichi, Mohammad H. Shehata, and Shunichi Kasahara
ACM SIGGRAPH Asia 2022 Emerging Technologies

Paper (ACM Digital Library) · PDF

概要

複数の人が一緒に課題を遂行する共同行為は、身体的な技能の伝達、人同士の身体的な関係の構築、複数人の参加、効率的な課題達成に役立ちます。リアルタイムの身体的な共同行為を支えるため、電磁駆動による低遅延の動作伝達システムを提案します。全体の遅延は22.9 ± 2.0 ms、指を引きつける駆動の遅延は13.7 ± 2.1 msで、指でボタンを押すといった瞬間的な動作を共有できます。動作を伝える方向を一方向・双方向から選び、ユーザーの入力を「AND」「OR」のどちらで扱うかも切り替えられます。コンピュータが支援する共同行為としての可能性と、ユーザー同士、あるいはユーザーとコンピュータの共同行為をシステムが調整する可能性を議論します。

互いの指を通じて一緒に動く

二人で家具を持ち上げる、教師が生徒の手を動かして絵を教える、複数人でビデオゲームをする。多くの活動は、何人かが同時に行います。こうした共同行為では、相手の姿、音、触れた感覚を通じて互いの動きを合わせています。コンピュータは、人同士の共同行為をどのように支えられるでしょうか。私たちは動作そのものを共有する方法から、この問いに取り組みました。EMAS（ElectroMagnetic Actuation System）は、一人の指の動きを、もう一人の指に伝えます。

磁石で指を動かす

ユーザーは、両手の人差し指と中指の計4本に、ネオジム磁石を備えた小さな部品を装着します。各ボタンの下にある電磁石が指を引きつけたり反発させたりすることで、ボタンを押す動作を生み出します。約2.0 Nの力は指を動かすのに十分ですが、ユーザーが抵抗することもできます。電気的筋刺激のような電気を感じる感覚はなく、外骨格のように手を拘束することもありません。

Three photos: an electromagnet pulling down a finger wearing a magnet attachment; one user touching a button, which transfers the motion and pulls another user’s finger onto a second button; two players at four-button boxes in front of a game screen — （A）電磁石がユーザーの指の磁石を引きつける。（B）一人のタッチをもう一人の指に伝える。（C）一人あたり4個の電磁石を使い、ゲーム中の共同行為を調整する。

駆動は高速です。電磁石の作動から指によるボタン押下までの平均は13.7 ± 2.1 ms、一人がボタンを押してからもう一人が押すまでの全体の遅延は22.9 ± 2.0 msでした。比較すると、電気的筋刺激では約40 ms、外骨格では約200 msを要します。動作の伝達は隣り合う人同士だけでなく、インターネット経由でも行えます。

Box plot of finger attraction latency for eight participants, around 13 to 15 ms, and a histogram for one participant — 電磁石の作動から指によるボタン押下までの遅延。8名の参加者の測定結果と、そのうち1名のヒストグラム。

共同行為を調整する

一人のボタン押下で、約23 ms以内にもう一人の指を動かせるため、誰の動きを誰へ伝えるか、一人の入力だけでよいか、二人の合意が必要かをコンピュータで設定できます。EMASは、伝達の方向（一方向・双方向）と入力の論理（OR・AND）を組み合わせ、四つの共同行為のパターンをつくります。

一方向・OR入力：一人の動きをもう一人に伝え、どちらかが押せば入力として扱います。一人がシステムを通じてもう一人の行為を支えます。
一方向・AND入力：動きは一方向に伝わり、二人が押したときだけ入力になります。一人がもう一人を「マリオネットのように」導きます。
双方向・OR入力：互いの動きを伝え合い、それぞれの押下が入力になります。自分の指に伝わる運動と触覚の手がかりを通じて協力します。
双方向・AND入力：互いの動きを伝え合いながら、二人が同時に押したときだけ入力になります。同意しない場合は引きつける力に抵抗して入力を止められるため、二人の合意が必要です。

Two-by-two grid of diagrams of two users at button boxes: rows for mono- and bi-directional transfer, columns for OR and AND input logic, with arrows showing which finger motions are transferred and how inputs are combined — 伝達の方向（行）と入力の論理（列）を組み合わせた四つのパターン。

このように、低遅延の動作伝達によって、ユーザー同士、あるいはユーザーとコンピュータの共同行為のあり方をシステムで調整できます。コンピュータに駆動されたタッチに対する制御感を調べる研究（Whose touch is this?）と合わせ、離れた場所からでもリアルタイムに共同行為を行うさまざまな状況を探っています。

Credits

Daisuke Tajima (Sony Computer Science Laboratories, Inc.)
Taku Tanichi (Sony Computer Science Laboratories, Inc., Keio Media Design)
Mohammad H. Shehata (California Institute of Technology, Toyohashi University of Technology)
Shunichi Kasahara (Sony Computer Science Laboratories, Inc.)

Reference

Daisuke Tajima, Taku Tanichi, Mohammad H. Shehata, and Shunichi Kasahara. 2022. Low-Latency Motion Transfer with Electromagnetic Actuation for Joint Action. In SIGGRAPH Asia 2022 Emerging Technologies (SA ’22). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, Article 6, 1–2. https://doi.org/10.1145/3550471.3558399

BibTeX

@inproceedings{10.1145/3550471.3558399,
  author    = {Tajima, Daisuke and Tanichi, Taku and Shehata, Mohammad H. and Kasahara, Shunichi},
  title     = {Low-Latency Motion Transfer with Electromagnetic Actuation for Joint Action},
  booktitle = {SIGGRAPH Asia 2022 Emerging Technologies},
  series    = {SA '22},
  year      = {2022},
  articleno = {6},
  pages     = {1--2},
  publisher = {Association for Computing Machinery},
  address   = {New York, NY, USA},
  doi       = {10.1145/3550471.3558399}
}

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