2025-01-10

論文AdventCalendar25日目: OmniFiber: Integrated Fluidic Fiber Actuators for Weaving Movement based Interactions into the ‘Fabric of Everyday Life’

AdventCalendar25日目です。深夜帯に論文を読むと、案外脳のリソース削らるので読み慣れなければなぁと思っています。とりあえず一日は72時間あるらしい(？)ので頑張って色んなこと（個別のタスクがデカすぎるけど）を頑張っていきたいと思います。

それでは本日もやっていき。

今回読んだ論文

Ozgun Kilic Afsar, Ali Shtarbanov, Hila Mor, Ken Nakagaki, Jack Forman, Karen Modrei, Seung Hee Jeong, Klas Hjort, Kristina Höök, Hiroshi Ishiiによる、

”OmniFiber: Integrated Fluidic Fiber Actuators for Weaving Movement based Interactions into the ‘Fabric of Everyday Life’”を読みました

アブスト

ソフトロボティクスや先端材料科学の研究では、外部刺激に応じて変形できる薄くて柔軟な素材として、駆動繊維が注目を集めている
流体人工筋肉の研究を基に、動きに基づく相互作用を設計するための柔らかい線ベースの素材システムである OmniFiber を開発する
- 0.5 MPa で最大 19 N の知覚可能な強い力と、150 mm/s に達する高速の直線駆動を示す統合型ソフトセンサーを備えた、駆動される薄い (外径 < 1.8 mm) 流体繊維を考案した
- 日常の具体的な相互作用に柔軟に織り込むことができる
このようなインタラクティブ機能は、OmniFiber の設計スペース、アクセス可能な製造パイプライン、および流体 I/O 制御システムによってサポートされており、全機能流体繊維をインタラクティブモーフィングマテリアルの HCI ツールボックスに提供する

結論

流体ファイバーアクチュエータに基づく再構成可能な材料システムである OmniFiber を紹介した
- ファイバーアクチュエータをひずみ調整機能で機能化することで、さまざまな設計ケースを通じて実証する幅広い動きベースの I/O を実現する
- ソフトロボティクスの分野から生まれた流体人工筋肉の研究に基づいて構築された

- 伸張、収縮、曲げ、コイル化、マイクロテクスチャフィードバックなど、さまざまな変形ジオメトリを備えている(Figure 2)
技術的な改良で拡張し、HCI ユーザー向けにカスタマイズされた統合製造パイプラインを備えた包括的なファイバーベースのシステムを形成する
HCI コミュニティは最先端の材料システムに関する幅広い認識から恩恵を受ける可能性があるが、材料科学コミュニティは構造に情報処理を埋め込む経験がほとんどない... 成形インターフェース設計に必要なツールは、工業デザイナーが複雑な形状を作成するために使用する生の多用途な材料のように、より表現力豊かにする必要がある[55]、というギャップをOmniFiberは埋め、新しい材料を適応および成形してインタラクションデザイナーを支援することに貢献している

実装・検証

アーキテクチャとOmniFiberの可能なアクションを示した図のスクリーンショット

OmniFiber は、閉ループひずみ制御を備えた薄い流体繊維アクチュエータをベースにした、動きに基づくインタラクション設計のための再構成可能な材料システムである
薄い流体繊維の I/O 機能とマルチモーダル触覚フィードバックを活用して、新しい触覚インタラクションを開発する方法を研究する
OmniFiber の設計空間は(A) プリミティブファイバーアーキテクチャと (B) モジュール構成とファイバー構造化技術という 2 つの主要コンポーネントで構成されている
- Primitive Fiber Architecture

- - (a) 多層繊維複合材
    - 多様な特性を持つ多層 OmniFiber 設計の製造用に 5 つの構成プリミティブを考案した(Figure 3a)
      - (a4) インターロックされた外側メッシュと (a5) 機械的制約のパラメータを変更すると、変形動作と触覚フィードバック特性が効果的に変化する(Figure 3c-d)
      - 内部流体は、圧力が加えられたり除去されたりすると動的に流れる繊維内に含まれる媒体
        
        液体を使用する報告されたシステムは、動作圧力と作動方法が異なる[71, 77]
        
        油圧操作の場合圧電マイクロポンプによって着用感の快適さを考慮したコンパクトな設計が可能になる
  - (a2) エラストマーマイクロチューブ
    - エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）ゴムとシリコーンエラストマーマイクロコアチューブを使用する
      - より高い出力を必要とする用途では、柔らかいEPDMゴムなどの高弾性率のチューブ材料が好まれる
  - (a3) 柔らかく伸縮性のあるセンサー
    - ユーザー入力の感知は薄くて管状のフォームファクターを持つ特別なセンサーを設計した
    - 導電性溶液を使用したエアブラシを使用したアクセス可能なプロセスを考案し、人間の皮膚が経験する歪み（55〜75％）に対応する、非常に伸縮性（130％）があり薄い（100µm）センサーチャネルを製造した[62]
    - 機械的歪みが電気抵抗の変化を引き起こす抵抗感知を使用して、クローズドループ制御の伸縮や圧力などの変形入力を検出した
  - (a4) インターロックされた外側メッシュ
    - 本研究では主に外側メッシュのインターロック技術が作動動作に与える影響に焦点を当てている
    - 固有の糸の弾性など、さまざまな機械的特性を持つさまざまな糸を利用することもできる(Section4.2)

- - - 2 種類の連結された管状外側メッシュの設計と製造
      - 編組メッシュ (Figure 5a)
        
        McKibben アクチュエータのスリーブに従来から使用されている方法である
        
        編組メッシュの動作は、編組材料、編組の 1 本のストランドの長さ、編組角度、編組直径、拡張率など、メッシュのいくつかのパラメータによって影響を受ける
        
        パラメータ範囲と繊維の作動に与えた影響については補足資料１に記載した
        
        横編み機の円形モードを使用して、エラストマーチューブの周りに管状の編みメッシュを適用することで、理論上無限長 (この場合は 60 メートル) の OmniFiber ストランドを製造する自動化された方法を考案した
        
        標準的なMcKibbenアクチュエータよりも高い収縮率を示した
      - 編みメッシュ (Figure 5b)
        
        インターロック方式を選択する際には、ニットスリーブはシースとエラストマーチューブ間の摩擦による影響が大きい
        
        そのためヒステリシスが高くなる可能性があることに注意する必要がある
    - 基本的なメカニズム
      - OmniFiber プリミティブは、2 つの基本流体駆動筋繊維の 1 つ、収縮性筋繊維 (McKibben) とその逆の対応物である伸長性筋繊維に基づいている
        
        両方の繊維の動作原理は本質的に類似している
      - 内部の弾性微小管は、圧力が加えられると軸方向と半径方向に変形し、これにより編組角度が変化することで軸方向の力の出力と変位が生じる
        
        収縮性筋繊維は、アクチュエータに流体が供給されると長さが短くなり[64, 81]引っ張る方向に強い直線力を形成する
        
        対照的に、伸長性筋繊維は内部の流体圧力に応じて伸びる
      - 54.4◦の角度状態を超えて互いに滑り抜けることができなくなることで繊維の伸長と収縮の限界が決まる
        
        基本的な繊維の動きを設計するために、力の出力または変形動作の範囲を優先する繊維タイプを選択することも可能
  - (a5) 機械的制約

- - - McKibben 設計の単純な収縮および伸長動作を、連結された外側メッシュに機械的制約を追加することで拡張できる
    - 繊維の基本的な動作は、特定の角度で曲げたり、任意の線形形状にしたりするように機械的にプログラムできる
      - 機械的制約は、外側メッシュに埋め込まれた非弾性糸を介して追加されるか (Figure 6a1)、アクチュエーターに配置された 3D プリントされた柔軟な制約によって追加される
      - 湾曲形状をサポートするために、Section 6.2 で詳述する経験的モデルを開発した

- Modular Compositions and Fiber Structuring Techniques
  - Multi-fber Modular Compositions
    - 単一のOmniFiberは比較的簡単に製造できる
      - 特定の制限がある（たとえば、特定の体の部分に十分な力をかけられない、動きの種類の数が比較的限られているなど）
      - より大きな力を得るために、並列または束ねられたアクチュエータの数を自由に増やすことができる[30]
        
        繊維を階層構成で編むことで、より高いひずみ出力を実現できることも示している[29]
        
        繊維をさまざまな構成で配列して、全方向のアクチュエーションを実現できる（Figure 7a：i-iv）

- - - - 異種構成（Figure 7a:vi）では、1つの大きなアセンブリ（Figure 8d）にハイブリッドタイプの繊維モジュール（伸縮性、曲げ性、らせん性など）を含めることができる
    - Morphing and Haptic Properties
      - 同じ機能を持つ繊維を複数配列すると（e,g, 伸縮性繊維の平面配列）、個々の繊維を選択的に作動（e,g, 350kPa）または作動不足（e,g, 80kPa）させることで、面内曲げ動作を作り出すことができる
      - 異質繊維グループを含むより高レベルの構成では、異なる筋肉繊維グループを順次作動させることで、3D での単純な移動と変形を実現できる
        
        より大きな身体部位の動きをサポートできる
  - Fiber Structuring Techniques
    - 単一の繊維は平面内の触覚フィードバック（圧縮、皮膚の伸縮など）に限定される
    - 3D 準スペーサーファブリックは、体に向かって直交方向に押す平面外の触覚フィードバックを示すことができる
    - Morphing and Haptic Properties

- - - - OmniFiber をニット構造に埋め込むさまざまな手法を検討し、ニット構造が繊維の動きに及ぼす影響とその逆の影響について、結果として生じる特性を調べた
        
        ニットには OmniFiber が含まれており、これは生地の中に埋め込まれているため、2 種類の繊維で構成されている
        
        1 つは基本構造を構築し、もう 1 つは活性化される
        
        可変剛性生地 [9] は、別々に編んだサンプルを組み立てて、必要なときに部分的に剛性を高め、可動性が必要なときに柔らかくする、完全に機能するウェアラブルを形成することで、局所的に制御することもできる
        
        あるいは、ガリウムやその他の低融点合金などの相変化作動液体[6, 52]（Figure 10d）を使用し、図8dのように圧電液体マイクロポンプ（200L/h）を使用して液体状態で作動させ、室温（20℃）よりわずかに低い温度で2時間で形状を固定することもできる
        
        アクティブ冷却システムを使用するとより効率的に利用できる
        
        アクティブ「スペーサー」層は、収縮型 OmniFiber で完全に作られており、作動すると面外触覚フィードバックが得られる (Figure 10f)
        
        3D 編み技術により、繊維構造に新しい面外フィードバックメカニズムが実現する

議論

Sensor Characterization
- 導電性複合材料の浸透ネットワークの変化によって引き起こされる小さなヒステリシスが観察された
- センサの抵抗変化の再現性を得られた
Actuator Mechanical Tests
- 伸長実験のセットアップ
  - シリコンチューブ（ø=1.6 mm、Silastic）、1/16インチ径の編組、編組数32、初期編組角度18◦で作られたアクチュエータを使用
  - 供給圧力を100 kPaから600 kPaまで100 kPaずつ変化させたところ、垂直変位ガイドから得られる最大収縮率は32%で、600 kPaでの力生成は、補足資料1のインデックス16にあるø=0.9 mm、53Aファイバ構成で8.8 Nだった
Automated Fabrication Pipeline
- 複数のステップが手動プロセス (組み立て、配線、コーティングなど) に依存しており、非常に信頼性が高いものの、手間がかかるのでOmniFiber 製造を自動化する有望な技術は、マルチマテリアル 3D プリントを活用して、導電性コアと、局所的な柔軟性を制御する連動メッシュ層を製造することである [15、58]
Toolkit Evaluation, Design and Simulation Tool
- 流体繊維の望ましい動作を実現するために制御するパラメーターの数から、シミュレーションツールが設計パイプラインをサポートするのに有益であることがわかった
  - [23]のような高度な計算ツールが有益であることが示唆される
Soft, Silent and Embedded Fluidic Control System
- 最先端の電力および制御プラットフォームの小型化は有望ですが、ノイズと剛性により、ユーザーインターフェイスのコンプライアンスと快適性が制限される
- ウェアラブルシステムに流体供給を統合できますが、現在の課題は安全性とエネルギー効率です。代わりに、高圧流体パワーを得るために人間の動きからエネルギーを収集するシステムを構築することで、この問題を解決できる
Expanding the Basic Architecture and Fiber Properties
- Scaling
  - スケーリングを検討する場合、より小さなチューブの最大の障害は、チューブが提供する最大力である
  - ハーゲンポアズイユ方程式 5 から、流速 (m/s) が一定に保たれている場合、圧力降下はより小さな油圧直径の 2 乗に比例して増加する
    - より小さなチューブの反応時間が制限される
      - 良い点はチューブの破壊強度がサイズが小さいほど高くなること
      - でもサブミリメートルチューブでは依然として高すぎる負荷に耐えることはできない
      - 実験で示されているように、16 本のフラメント (厚さ 0.05 mm) を編んだ 0.6 mm 径のチューブは、最大 1 kg の荷重に耐えることができた
- Sensor
  - プロトタイプの主な課題は、センサーの配置で、アプリケーションごとにチャネルの長さと位置を繰り返す必要があることである
  - アクチュエータに沿ったセンサーチャネルの数を増やし、機械学習を使用して高密度センサーの読み取りによる累積エラーを最小限に抑えるか [7、16]、特定のアプリケーションに対するセンサーの数を最適化することができる[68]
- Elastomeric tubing
  - 将来のエキサイティングな設計空間は、現在市販されていない一貫したコア形状で数メートルのチューブを熱延伸 [80] し、その後、その周りに異なる角度で編み込むことで、デバイスの内部構造をカスタマイズすること
- Working fluid type
  - さらに、効率的な油圧作動を可能にする液体媒体を使用することで、新しい材料特性を探索することができる[77]
  - 低融点合金、磁性流体、超臨界流体などの応答性材料を使用することで、相互作用性を高めることができる[34, 35, 45]
  - 体液などの生体材料[2]を単一のOmniFiberデバイスまたは全身装着型システムの潜在的な作動流体として使用することもできる

参考文献（気になったもののみ掲載）＆次読むもの

理論系

[1] Lea Albaugh, Scott Hudson, and Lining Yao. 2019. Digital fabrication of soft actuated objects by machine knitting. In Proceedings of the 2019 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. 1–13.

[46] Ryosuke Nakayama, Ryo Suzuki, Satoshi Nakamaru, Ryuma Niiyama, Yoshihiro Kawahara, and Yasuaki Kakehi. 2019. MorphIO: Entirely Soft Sensing and Actuation Modules for Programming Shape Changes through Tangible Interaction. In Proceedings of the 2019 on Designing Interactive Systems Conference(DIS ’19). Association for Computing Machinery, San Diego, CA, USA, 975–986. https://doi.org/10.1145/3322276.3322337

[72] Jonas Togler, Fabian Hemmert, and Reto Wettach. 2009. Living interfaces: the thrifty faucet. In Proceedings of the 3rd International Conference on Tangible and Embedded Interaction. 43–44.

[73] Marynel Vázquez, Eric Brockmeyer, Ruta Desai, Chris Harrison, and Scott E Hudson. 2015. 3d printing pneumatic device controls with variable activation force capabilities. In Proceedings of the 33rd Annual ACM Conference on Human Factors in Computing Systems. 1295–1304.

[32] Henry Lieberman. 2001. Your wish is my command: Programming by example. Morgan Kaufmann.

[77] Chaoqun Xiang, Maria Elena Giannaccini, Theo Theodoridis, Lina Hao, Samia Nefti-Meziani, and Steven Davis. 2016. Variable stiffness Mckibben muscles with hydraulic and pneumatic operating modes. Advanced Robotics 30, 13 (2016), 889–899. https://doi.org/10.1080/01691864.2016.1154801 arXiv:https://doi.org/10.1080/01691864.2016.1154801

実装系

[4] Mahoro Anabuki and Hiroshi Ishii. 2007. Ar-jig: A handheld tangible user interface for modification of 3d digital form via 2d physical curve. In 2007 6th IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality. IEEE, 55–66.

[12] Alexandra Delazio, Ken Nakagaki, Roberta L Klatzky, Scott E Hudson, Jill Fain Lehman, and Alanson P Sample. 2018. Force jacket: Pneumatically-actuated jacket for embodied haptic experiences. In Proceedings of the 2018 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. 1–12.

[19] Teng Han, Shubhi Bansal, Xiaochen Shi, Yanjun Chen, Baogang Quan, Feng Tian, Hongan Wang, and Sriram Subramanian. 2020. HapBead: On-Skin Microfluidic Haptic Interface using Tunable Bead. In Proceedings of the 2020 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. 1–10.

[35] Qiuyu Lu, Jifei Ou, João Wilbert, André Haben, Haipeng Mi, and Hiroshi Ishii. 2019. milliMorph–Fluid-Driven Thin Film Shape-Change Materials for Interaction Design. In Proceedings of the 32nd Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology. 663–672.

[39] Hila Mor, Tianyu Yu, Ken Nakagaki, Benjamin Harvey Miller, Yichen Jia, and Hiroshi Ishii. 2020. Venous Materials: Towards Interactive Fluidic Mechanisms. In Proceedings of the 2020 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. 1–14.

[47] Ryuma Niiyama, Xu Sun, Lining Yao, Hiroshi Ishii, Daniela Rus, and Sangbae Kim. 2015. Sticky Actuator: Free-Form Planar Actuators for Animated Objects. In Proceedings of the Ninth International Conference on Tangible, Embedded, and Embodied Interaction(Stanford, California, USA) (TEI ’15). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 77–84. https://doi.org/10.1145/2677199.2680600

[50] Jifei Ou, Mélina Skouras, Nikolaos Vlavianos, Felix Heibeck, Chin-Yi Cheng, Jannik Peters, and Hiroshi Ishii. 2016. aeroMorph-heat-sealing inflatable shape-change materials for interaction design. In Proceedings of the 29th Annual Symposium on User Interface Software and Technology. 121–132.

[70] Shan-Yuan Teng, Tzu-Sheng Kuo, Chi Wang, Chi-huan Chiang, Da-Yuan Huang, Liwei Chan, and Bing-Yu Chen. 2018. Pupop: Pop-up prop on palm for virtual reality. In Proceedings of the 31st Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology. 5–17.

[78] Lining Yao, Ryuma Niiyama, Jifei Ou, Sean Follmer, Clark Della Silva, and Hiroshi Ishii. 2013. PneUI: pneumatically actuated soft composite materials for shape changing interfaces. In Proceedings of the 26th annual ACM symposium on User interface software and technology(UIST ’13). Association for Computing Machinery, St. Andrews, Scotland, United Kingdom, 13–22. https://doi.org/10.1145/2501988.2502037

[85] Mengjia Zhu, Amirhossein H. Memar, Aakar Gupta, Majed Samad, Priyanshu Agarwal, Yon Visell, Sean J. Keller, and Nicholas Colonnese. 2020. PneuSleeve: In-fabric Multimodal Actuation and Sensing in a Soft, Compact, and Expressive Haptic Sleeve. In Proceedings of the 2020 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems(CHI ’20). Association for Computing Machinery, Honolulu, HI, USA, 1–12. https://doi.org/10.1145/3313831.3376333

[57] Hayes Solos Raffle, Amanda J. Parkes, and Hiroshi Ishii. 2004. Topobo: a constructive assembly system with kinetic memory. In Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems(CHI ’04). Association for Computing Machinery, Vienna, Austria, 647–654. https://doi.org/10.1145/985692.985774

[11] Allen Cypher and Daniel Conrad Halbert. 1993. Watch what I do: programming by demonstration. MIT press.

[14] Jack Forman, Taylor Tabb, Youngwook Do, Meng-Han Yeh, Adrian Galvin, and Lining Yao. 2019. ModiFiber: Two-Way Morphing Soft Thread Actuators for Tangible Interaction. 1–11. https://doi.org/10.1145/3290605.3300890

[40] Sara Nabil, Jan Kučera, Nikoletta Karastathi, David S. Kirk, and Peter Wright. 2019. Seamless Seams: Crafting Techniques for Embedding Fabrics with Interactive Actuation. In Proceedings of the 2019 on Designing Interactive Systems Conference (San Diego, CA, USA) (DIS ’19). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 987–999. https://doi.org/10.1145/3322276.3322369

[43] Ken Nakagaki, Sean Follmer, and Hiroshi Ishii. 2015. LineFORM: Actuated Curve Interfaces for Display, Interaction, and Constraint. In Proceedings of the 28th Annual ACM Symposium on User Interface Software & Technology(UIST ’15). Association for Computing Machinery, Charlotte, NC, USA, 333–339. https://doi.org/10.1145/2807442.2807452

[75] Guanyun Wang, Ye Tao, Ozguc Bertug Capunaman, Humphrey Yang, and Lining Yao. 2019. A-line: 4D Printing Morphing Linear Composite Structures. In Proceedings of the 2019 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. 1–12.

[45] Kenichi Nakahara, Koya Narumi, Ryuma Niiyama, and Yoshihiro Kawahara. 2017. Electric phase-change actuator with inkjet printed flexible circuit for printable and integrated robot prototyping. In 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). IEEE, 1856–1863.

アート系・展示会

なし

感想

HCIのPneumatic User Interface×Roboticsという文脈だと、Soft Robotの分野で活用されているマテリアルがかなり使われている用に感じた。

この研究自体個人的には面白いと思っており、ひもという限りなく１次元に近いMediumがマテリアルの複合体であり、センシングができ、アクチュエーションを返すことができる、ということはすごく汎用性のある研究だと感じた。マイクロデバイスまたは生物の特性を利用したインタラクションの形成は個人的にやりたいことではあるので、SoftRoboticsの分野やマイクロマシンの分野も学習するようにしたい。

——以上——

2025-01-09

論文AdventCalendar0日目: ZeroN: Mid-Air Tangible Interaction Enabled by Computer Controlled Magnetic Levitation

AdventCalendar0日目です。

HCI以外にも、割と将来確実にやることを思いついたので、未踏に出して技術的な可能性とインパクトの与え方、そしてインパクトを与えられるようなコミュニティに参加して、相談しつつ開発をしていきたいと考えています。とりあえず未踏のプレエントリーはしたので、1/22日締切の情報科学の達人が終わり次第、ビジコンの資料を爆速で作って未踏の資料作成とプロトタイプの開発をしたいと考えています。今月は色々楽しくなりそうです。

それでは本日もやっていき。

今回読んだ論文

Jinha Lee, Rehmi Post, Hiroshi Ishiiによる、

”ZeroN: Mid-Air Tangible Interaction Enabled by Computer Controlled Magnetic Levitation”を読みました。

アブスト

3 次元空間でコンピューターによって自由に浮遊および移動できる新しい実体インターフェイス要素である ZeroN を紹介する
仮想世界の 3D 座標の実体表現として機能し、ユーザーはこれを使用して計算を視覚的に確認し、感じ、制御できる
- 定義済みの 3D ボリューム内で永久磁石を浮遊および作動できる磁気制御システムを開発した
- 浮遊するオブジェクトに画像を投影する光学追跡および表示システムと組み合わされている
テクノロジ、インタラクションシナリオ、課題について説明し、初期の観察について議論し、将来の開発の概要を示す

結論

3D 空中タンジブルインタラクションの概念を紹介した
- この概念を探求するために、 3 次元空間で永久磁石を浮上させて作動させることができる磁気制御システムを開発し、浮上している物体に画像を投影する光学追跡および表示システムと組み合わせた
論文の焦点
- インタラクションシナリオを空中空間に拡張し、新しいインタラクションテクニックを開発し、そのインタラクションモダリティを探求すること
個別のオブジェクトが 3D ピクセルのようになり、ユーザーが手でフォームを作成したり操作したりできるインターフェイスを想像している

実装・検証

プロトタイプはFigure4に示すような5要素で構成されている
- 磁気物体を吊り下げ、コマンドに応じて物体の垂直吊り下げ距離を変更できる磁気浮上装置 (PWM 信号で駆動されるコイル)
- 磁気浮上装置を横方向に位置決めする 2 軸リニアアクチュエーションステージと、コイルを垂直方向に動かすための追加のリニアアクチュエータ 1 つ
- ZeroN の 3D 位置を追跡するステレオカメラ
- ユーザーの手のポーズを検出するための深度カメラ
- 吊り下げられた物体とテーブル上に置かれた他の物体の位置に合わせてシーンを表示するテーブルトップインターフェイス
ZeroNは物理的なオブジェクトを３次元空間で磁気制御と機械的なアクチュエーションを利用して制御するシステムとして実装した
- 垂直方向の動きは磁石をコイルに対して浮上させて移動できる磁気位置制御と、コイル全体をシステムに対して移動できる機械的なアクチュエーションで実装した
- 磁気でのアプローチについて
  - 利点
    - より低いレイテンシで位置を制御できる
    - スケーラブルな磁気推進技術の有望な方向性を示している
  - 限界
    - 純粋な磁気制御のプロトタイプでは、その範囲に限界があることが示された
    - 永久磁石がコイルに近づきすぎると、コイルが通電されていない場合でもコイルに付着する
- 2D横方向の動きのアプローチについて
  - 2 つのステッピングモーターを使用したプロッターで実現した
    - プロッターによるオブジェクト作動の仕組み
      - 3D パスを入力として指定するシステムはまず各次元にパスを投影し、ドットを線形補間して滑らかな軌道を作成する
      - 次に、システムは各作動軸の速度と加速度を時間の関数として計算する
      - 上記のデータを使用して、システムは入力パスとほぼ同一の 3D パスに沿ってオブジェクトを作動させることができる
検証
- 堅牢なセンシング、浮上、垂直制御を提供するカスタム電磁サスペンションシステムの開発
  - シリアルインターフェイスを介して設定できるパラメータを持つ比例積分微分 (PID) 制御ループを実装するマイクロコントローラが含まれている
    - ZeroN のサスペンション距離は、UI コーディネータによってこのインターフェイスを介して設定される
      - ZeroN のサスペンション距離は、UI コーディネータによってこのインターフェイスを介して設定される
    - PID コントローラは、パルス幅変調 (PWM) を使用してコイルドライバを介して電磁石を駆動する
      - 電磁石によって生成される磁場は、吊り下げられた磁性物体に引力 (または反発力) を及ぼす
    - 制御ループは、ZeroN に磁力を及ぼして重力を動的に打ち消すことにより、ZeroN を電磁石から所定の距離に吊り下げた状態に保つ
      - 距離はソレノイドの真下の磁場を測定することで決定される
- 磁石の距離測定
  - 磁場は発生源からの距離の 3 乗に比例して減少するため、磁場の強さを磁石の垂直位置に変換するのは困難
    - ホール効果センサーで感知した信号を線形化するために、2 段階ゲイン対数増幅器を開発した
    - 信号がしきい値電圧値を超えたかどうかに基づいて、2 つの異なるゲインで信号を対数的に増幅する
- 浮遊物体

- - 球状双極子磁石を使用した
  - ユーザーは球状双極子磁石を浮遊させたまま動かすことができますが、傾けると落下する
  - ユーザーが希望する方向を入力できるように、磁石を覆う緩いプラスチック層が追加されている(Figure 7)
- ３D座標追跡
  - 2 台の改造された Sony PS3Eyecam1 を使用して、一対の赤外線画像によるコンピュータービジョン技術を使用して ZeroN の 3D 位置を追跡した
  - 方向を測定するために、ZeroN の表面に再帰反射テープをストライプ状に貼り付けた
    - 技術的にシンプルで堅牢であり、ZeroN に大きな重量を加えないためにこのアプローチを選んだ (浮遊物体にとって重要な要素)
- 「反重力空間」をエミュレートする際の課題
  - ZeroN がユーザーによって動かされているのか、それとも自然に揺れているのかを判断すること
    - ユーザーがオブジェクトを保持しているかどうか、および保持している時間に基づいて、3 つの動作モード (アイドル、つかんでいる、長時間つかんでいる) を分類することで解決している
      - アイドルモード
        
        ZeroN がユーザーによってつかまれていない場合、制御システムはコンピューターによってプログラムされたとおりに浮遊オブジェクトの位置または軌道を維持するように動作する
      - つかみモード
        
        システムはユーザーが指定した現在の位置に基づいて安定した位置を更新し、ユーザーがオブジェクトを落とさずに手を離すことができる
      - 長時間つかみモード
        
        ユーザーがオブジェクトを 2.5 秒以上つかんでいる場合、記録や再生などの特定の機能が開始される
    - ステレオ IR カメラは、反射テープを使用してオブジェクトの正確な位置と方向を取得するのに役立った
      - しかしユーザーの手を背景やオブジェクトと区別するのは困難
        
        オープンソースライブラリ(https://github.com/ofTheo/ofxKinect)上に構築されたコンピュータービジョン技術を使用してユーザーの手の姿勢を検出するために、追加の深度カメラ Microsoft Kinect を使用することにした
        
        定義済みの深度範囲でオブジェクトのバイナリ輪郭を抽出し、ユーザーの手と浮遊オブジェクトの間に作成されたブロブを見つけることができる
- ３次元センシング
  - リアルタイムのインタラクションを確実にするために、カメラ、プロジェクター、3D アクチュエーションシステム間の慎重な調整が実装に不可欠
    - チェッカーボードパターンを持つ 2 台のカメラ間の対応関係を見つけた後、カメラをインタラクティブ空間の座標に登録する
    - これらの固定された 4 つの非共面ポイントのそれぞれに ZeroN オブジェクトを配置する
    - 各プロジェクターを実際の座標に登録するには、4 つの非共面キャリブレーションポイントに配置された ZeroN を一致させ、投影された円の画像を ZeroN の方向に移動する
    - 円形の画像が ZeroN に重ねられると、円の画像のサイズが ZeroN のサイズと一致するように拡大または縮小する
      - このデータは、生のカメラ座標をインタラクティブ空間の実際の座標に変換し、実際の座標を円の x、y 位置と直径に変換する 2 つの同次行列を見つけるために使用される
      - プロジェクターをインタラクティブ空間のほぼ中央に焦点を合わせるだけでシステム調整は十分である
- 「反重力」I/O空間の設計
  - ユーザーが ZeroN をつかんでシステムの定義された空間内に配置すると、システムはオブジェクトの 3D 位置を追跡し、ユーザーの手が ZeroN をつかんでいるかどうかを判断する
  - 電磁石は 2 軸アクチュエータによって ZeroN の 2D 位置に運ばれ、感知された垂直位置で新しい安定したサスペンションポイントをリセットするようにプログラムされる
    - 結果、小さな「反重力」空間を作成する
      - この空間では、人々は重力によって制約されていないように見える空間にオブジェクトを配置できる
    - ユーザーは、浮上した磁石と継続的に更新できる空間内の固定点との間に、目に見えないが非常に具体的な機械的接続があるという感覚を体験できる

可能なインタラクション
- Place
  - ZeroN を空中に配置して、インタラクティブ空間内の任意の 3D 位置に浮かせることができる
- Translate
  - ユーザーは、ZeroN の浮遊能力を妨げることなく、反重力空間内の別の位置に移動することもできる
- Rotate
  - ユーザーが球状の磁石を覆うプラスチック製のシェルを回転させると、ZeroN に投影されたデジタル画像もそれに応じて回転する
- Hold
  - ユーザーはZeroNを保持またはブロックしてコンピュータの動作を妨げることができる
    - これはPICO [14]でも示されているように計算上の制約として解釈できる
- Long Hold
  - 特定の機能を開始するために使用できる長押しジェスチャを実装した
    - ZeroNを2.5秒以上長押しするとビデオの録画開始、話して再生モードに入るインタラクションなど
- Attaching / Detaching Digital Information to the ZeroN
  - デジタルアイテムをテーブルトップインターフェースに接続/取り外しするためのジェスチャを借用した[12]
  - 現在のシステムでは1つのオブジェクトしか浮上できない
    - 複数の情報クラスターと対話することは困難
- Interaction with Digital Shadows

- - 課題の 1 つとして、2D 表面上の浮遊オブジェクトとテーブルトップタンジブルインターフェース間のセマンティックリンクをユーザーに提供することが挙げられる
    - 地面に置かれた他のオブジェクトに対する ZeroN の相対位置を認識することは困難
  - ZeroN とテーブルトップタンジブルインターフェースの他の部分との間の目に見えるリンクをユーザーに提供するために、インタラクティブなデジタルシャドウを設計した
    - しかしまだアプリケーションシナリオには組み込んでいない(Figure 13)

議論

Leaving a Physical Object in the Air
- カメラパス制御アプリケーション
  - 良い点
    - 物理的なカメラオブジェクトを空中に残して、軌道を実際に確認および編集できることをユーザが高く評価した
  - 改善点
    - 電磁石の安定性更新の遅延（ユーザーの移動と電磁石の安定位置の更新の間）が混乱を引き起こすコメントがあった
- 横方向の振動の問題も指摘された
Interaction Legibility
- 良かった点
  - 自由空間で機械的リンクなしでオブジェクトを作動させることができると、動きの自由度が高まり、あらゆる方向からアクセスできる
- 改善点
  - 機械的リンクが見えなくなり、相互作用の可読性が低下した
    - オブジェクトのグラフィカルな投影または微妙な動きに頼って動きの制約を示すことが解決策の一つ
- 自由度の向上が可読性の低下を上回るアプリケーションを慎重に選択することが、アプリケーションシナリオを選択する際の基準だった
Maximum Levitation Range
- システムをスケールアップするには、コイルの上に冷却システムを追加する必要がある（熱による電流を処理することに制限がかかっている）
Resolution and Oscillation
- システムを、一度に 1 つのボクセルクラスターのみをオンにできる 3D ボリューム (物理) ディスプレイとして構成する場合、システムの解像度を定義する必要がある
- 垂直方向と水平方向の振動によって掃引される領域を「ぼやけた」領域と呼び、その中心に「焦点が合った」領域があるためシステム解像度として定義することは困難
Robustness of Magnetic Levitation
- 安定した吊り下げ点から移動させずに ZeroN にどの程度の強度を加えることができるかを測定する一連の実験を行った(Figure 20)
技術的限界
- 横方向の振動はアプリケーションシナリオで修正すべき最大の問題であると報告された
  - 横方向に磁力を作用させて横方向の揺れをなくし、より優れた触覚フィードバックを提供できるサテライトコイルをメインの電磁石の周囲に実装する予定
- 垂直方向の作動範囲が限られていることも課題である
  - より優れた範囲検知機能を備えた磁気コントローラを慎重に設計し、コイルを過熱せずに範囲を拡大する電磁石の形状を選択することにより対処できる
    - 望ましい拡張は、3D トラッキングでホール効果センサーのアレイを備えた磁気検知技術を使用すること
      - 遮蔽のないより堅牢で低遅延のオブジェクトトラッキングが可能になる
  - 電磁石によって強い磁場歪みが生じるため、ホール効果センサーアレイを磁気浮上システムと組み合わせて使用することは困難だった
    - 動的磁場の正確なキャリブレーションを通じて電磁石によって生成される磁場を減算することで、将来的に克服できると考えている
    - 短期的にはこれらの困難を回避するために、カメラの視界を遮らない領域に手による入力が制限されるにもかかわらず、システムプロトタイプに視覚追跡機能を追加した
Levitating Multiple Objects
- 空中にある複数の物体との相互作用を想像するのは自然なこと
  - スケーラブルなソリューションは、ソレノイドの配列を使用すること
  - 各ソレノイドに必要な量の電流を流すことで、磁石を 2 つ以上のソレノイドの中心間の任意の位置に配置したり、移動したりできる
    - 磁場の干渉により、2 つ以上の磁石を小さな距離内に配置したり、同様の x、y 座標に配置したりすることは困難
      - 切り替え可能な磁石を浮遊させ、オンとオフを切り替えて、各物体がソレノイドから受ける影響を時間多重化することで対処できる可能性がある

参考文献（気になったもののみ掲載）＆次読むもの

理論系

[2] Berkelman, P. J., Butler, Z. J., and Hollis, R. L., "Design of a Hemispherical Magnetic Levitation Haptic Interface Device," 1996 ASME IMECE, Atlanta, DSC-Vol. 58, pp. 483--488.

[3] Grossman, T. and Balakrishnan, R. 2006. The design and evaluation of selection techniques for 3D volumetric displays. In ACM UIST '06. 3--12.

[6] Hollis, R. L. and Salcudean, S. E. 1993. Lorentz levitation technology: a new approach to fine motion robotics, teleoperation, haptic interfaces, and vibration isolation, In Proc. 6th Int'l Symposium on Robotics Research, October 2--5 1993.

[14] Patten, J. and Ishii, H. 2007. Mechanical constraints as computational constraints in tabletop tangible interfaces. In Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems (CHI '07). ACM, New York, NY, USA, 809--818.

[18] Poupyrev, I., Nashida, T., and Okabe, M. 2007. Actuation and tangible user interfaces: the Vaucanson duck, robots, and shape displays. In Proceedings of the 1st international conference on Tangible and embedded interaction (TEI '07). ACM, New York, NY.

[20] Rosenfeld, D., Zawadzki, M., Sudol, J., and Perlin, K. Physical objects as bidirectional user interface elements. IEEE Computer Graphics and Applications, 24(1):44--49, 2004.

[21] Sugimoto, M., Kagotani, G., Kojima, M., Nii, H., Nakamura, A., and Inami, M. 2005. Augmented coliseum: display-based computing for augmented reality inspiration computing robot. In ACM SIGGRAPH 2005 Emerging technologies (SIGGRAPH '05), Donna Cox (Ed.). ACM, New York, NY, USA, Article 1.

[22] Underkoffler, J. and Ishii, H. 1999. Urp: a luminous-tangible workbench for urban planning and design. In CHI '99. ACM, New York, NY, 386--393.

実装系

[1] Baudisch, P., Becker, T., and Rudeck, F. 2010. Lumino: tangible building blocks based on glass fiber bundles. In ACM SIGGRAPH 2010 Emerging Technologies (SIGGRAPH '10). ACM, New York, NY, USA, Article 16, 1 pages.

[4] Grossman, T. and Wigdor, D. Going deeper: a taxonomy of 3D on the tabletop. In IEEE Tabletop '07. 2007. p. 137--144.

[8] Iwata, H., Yano, H., Nakaizumi, F., and Kawamura, R. 2001. Project FEELEX: adding haptic surface to graphics. In Proceedings of the 28th annual conference on Computer graphics and interactive techniques (SIGGRAPH '01). ACM, New York, NY, USA, 469--476.

[11] Pangaro, G., Maynes-Aminzade, D., and Ishii, H. 2002. The actuated work-bench: computer-controlled actuation in tabletop tangible interfaces. In Proceedings of the 15th annual ACM symposium on User interface software and technology (UIST '02). ACM, New York, NY, USA, 181--190.

[12] Patten, J., Ishii, H., Hines, J., and Pangaro, G. 2001. Sensetable: a wireless object tracking platform for tangible user interfaces. In CHI '01. ACM, New York, NY, 253--260.

[15] Piper, B., Ratti, C., and Ishii, H., Illuminating Clay: A 3-D Tangible Interface for Landscape Analysis, Proceedings of CHI 2002, 355--364.

[17] Poupyrev, I., Nashida, T., Maruyama, S., Rekimoto, J., and Yamaji, Y. 2004. Lumen: interactive visual and shape display for calm computing. In ACM SIGGRAPH 2004 Emerging technologies (SIGGRAPH '04), Heather Elliott-Famularo (Ed.). ACM, New York, NY, USA, 17.

[23] Weiss, M., Schwarz, F., Jakubowski, S., and Borchers, J. 2010. Madgets: actuating widgets on interactive tabletops. In Proceedings of the 23nd annual ACM symposium on User interface software and technology (UIST '10). ACM, New York, NY, 293--302.

アート系・展示会

[13] Patten, J., Recht, B., and Ishii, H. 2006. Interaction techniques for musical performance with tabletop tangible interfaces. In Proceedings of the 2006 ACM SIGCHI international conference on Advances in computer entertainment technology (ACE '06). ACM, New York, NY, USA,Article 27.

感想

物理的に重力に囚われないアプローチが物体のアクチュエーションやアフォーダンスの可能性を広げているように感じた。ZeroNが物理的に実装されているため、物理的な影も２次元的な影も作ることができ、さらにつかみ、動かせるという特徴を活かして極めて自由度が高いインタラクションを実現できるように感じた。個人的に重力に囚われない、ということはRadical Atomsなインタラクションを実現する上で大事になってくると思っているので、音響浮揚または磁力による浮遊ができ、かつインタラクションや材質を変化できるAtomのようなインターフェースを創りたいということを考えた。

——以上——

2025-01-08

論文AdventCalendar(-1)日目: Jamming user interfaces: programmable particle stiffness and sensing for malleable and shape-changing devices

AdventCalendar(-1)日目です。

論文を読むとやっぱり体力の減り方がとんでもないです。

サーベイするだけだと多分1時間30で1本終わるのですが、しっかり読むと辛い気持ちがあります。あと、英語を読めるようになって爆速で読めるようになると嬉しいと思うので勉強します...

それでは本日もやっていき。

論文AdventCalendar(-1)日目: Jamming user interfaces: programmable particle stiffness and sensing for malleable and shape-changing devices
今回読んだ論文
アブスト
結論
実装・検証
関連研究
議論
参考文献（気になったもののみ掲載）＆次読むもの
感想

今回読んだ論文

Sean Follmer, Daniel Leithinger, Alex Olwa, Nadia Cheng, Hiroshi Ishiiによる、

”Jamming user interfaces: programmable particle stiffness and sensing for malleable and shape-changing devices”を読みました。

アブスト

本研究では柔軟で形状が変化するユーザーインターフェイスのシンプルで効果的な方法としての粒子ジャミングに焦点を当てている
- 材料の剛性をプログラムで制御することで、触覚フィードバック、変形、調整可能なアフォーダンス、制御ゲインが可能になる
モバイルデバイスに適したコンパクトで低電力の空気圧ジャミングシステムと、高速で静かな作動と光学形状センシングを備えた新しい油圧ベースの手法を紹介する
- 1)屈折率が一致する粒子と流体、2) 静電容量と電界のセンシングを使用した高解像度の形状センシングを行う
- ジャミング構造が入力を感知し、インタラクションデバイスとして機能することを可能にする
4 つのモチベーションプロトタイプを通じて、ジャミングによって実現される柔軟で有機的なユーザーインターフェイスの設計空間を探る

結論

Jamming User Interfaceの維持性に関する図のスクリーンショット

粒状粒子のジャミングを、展性、柔軟性、形状変化に富んだユーザーインターフェイスに適用する方法を実証した
- それに伴ってプログラム可能な剛性と材料特性の制御によって可能になるインタラクションボキャブラリーを実証した
インデックスマッチング光学センサーまたは静電容量形状センシングによるセンシングを組み込むことで、ジャミングインターフェイスを高解像度の入力デバイスにすることができる
ジャミングをモバイルアプリケーション向けに小型化する方法も示した
ジャミングの幅広い用途は、HCI 全般、特に有機ユーザーインターフェイスへの適用性と可能性を強調している

実装・検証

ジャミング活性化技術で形状と材料の剛性を制御し、ボリュームを物理的に変更または作動させる程度を制御する方法の概要
- 詳細は[35]
- ジャミングシステムの制御には4つの主要要素が必要
  - ジャミング可能な素材 / ハウジングアセンブリ（通常は非多孔性の柔軟な膜）
  - 真空源またはポンプ（真空を作ることのできるもの）
  - 圧力制御バルブ
  - 圧力センサ
- 圧力とシステムの剛性で必ず線形関係があるわけではない[36]
差圧ジャミング圧力と作動時間
- 差圧ジャミング圧力
  - ジャミング可能なモジュールの大気圧と内部容積圧力の差として定義される
  - 差圧ジャミング圧力を上げて、システムの機械的剛性を高めることができる
  - ポンプの定格流量に基づいて、システムがジャミングするまでの時間を推定できる
  - 真空ポンプがジャミング可能なモジュールに直接接続されている単純なシステムでは、ジャミングを誘発するために除去する必要がある流体量 Vr は、次のように概算できる

- Vb はジャミング可能なセグメントの現在の内部容積（余分な液体を含む）、Vg、mg、rhog はそれぞれ粒子の固体容積、質量、物質密度となり、余分な容積を除去する時間 tr は次のようになる
  - Qpはポンプの体積流量
  - 追加の真空は、差圧とシステムの剛性を増加させる
  aaa
- ジャミング速度は通常、真空ポンプと圧力制御バルブの流量によって制限される
  - インラインリザーバーを使用することで速度を上げることができる
  - 正圧源を追加することで詰まり解除速度を上げることができる[1]
ジャミングは単一のアクチュエータを使用して、さまざまな剛性を持つ連続した自由形状の「ロック」と「ロック解除」が電気いらずで実現できる
ジャミング構造の形状を劇的に変化させるには受動ソースまたは能動ソースが必要
- 受動ソースだとユーザの力、重力など
- 能動ソースだと空気圧エアマッスルなど
粒状粒子を個別の要素マトリックスと組み合わせたハイブリッドアプローチにより、さまざまな剛性を持つより滑らかで高次元の表面を実現できる
弾性またはバネ仕掛けの特性を持つ受動的で変形可能な形状をボリュームに追加して復元力を与えることもできる
- 粒子を詰まりさせるために使用される単一のアクチュエータは、逆操作で詰まり解消を加速するために使用されるだけでなく、詰まり形状を膨張させるためにも使用できる

油圧ジャミングシステムは、粒子間の間隙流体として空気（室温では気体）の代わりに液体を使用することで作成できる
- 液体は非圧縮性であるため、油圧システムは空気圧システムと比較して効率が高く、剛性が高く、静かで、より大きな応力と負荷に耐えることができる
- 屈折率が一致する流体と粒子を使用することで光学的センシングと透明性も可能になる
- インターフェースの3D 形状を光学的に検知したい（ここではカメラを使用）
  - 粒子の屈折率 (n) に一致する流体を使用することで、屈折を抑制し、光学的に透明な体積を作成できた
  - ホウケイ酸ガラス（パイレックス）ビーズ（n=1.474）と植物油（n=1.4674～1.4736、温度と密度により異なる）の組み合わせを使用した（完全に透明ではない）
    - 不透明度は、2 mW 赤色レーザーと光度計を使用してさまざまな参照厚さで測定し、ガラスビーズのみと比較した
    - 背面に取り付けられたカメラは屈折率が一致する流体とガラスビーズで構成され、透明なプラスチックの底部と上部の柔軟な不透明シリコンスキンで構成された透明なジャム可能なボリュームを透過して撮影できる
      - 光学技術を使用して表面を再構築できるようになった
- 透明ボリュームを通した構造化光からの深度
  - deForm システム [8] に似たカスタム IR 構造化光 2.5D スキャンシステムを選択した
  - IRカメラによって、23×18 cm2 の領域から 20 フレーム/秒で 2.5D 画像を再構成する
  - 空間解像度は 28 ピクセル/cm、深度範囲は 0～6 cm で、深度解像度は 1～2 mm
- 構造化光を使用したタッチセンシング
  - 構造化光キャプチャシステムからのグレースケール表面画像も、タッチポイントの追跡に使用された
  - IR プロジェクターがシリコンスキンを照らすため、IR 拡散照明タッチシステムと同様に機能する
- タッチセンシングと組み合わせた高解像度の形状および変形追跡を提供できる（油圧ジャミングシステムに限定される）
- カメラと光学センサーの配置によってシステムの柔軟性が制限される
- 不完全なインデックスマッチングによって透明度が低下するにつれて深度が深くなるとセンシングが複雑になる
- 静電容量式センシング
  - 静電容量式距離および形状センシングは、センサーに現在加えられている力に依存しない
    - 絶対入力と相対入力の両方に優位である
  - 距離測定
    - 電極間の既知の誘電体の量は、静電容量によって測定でき、それらの間の距離と相関関係がある
    - 電極が 100 kHz の範囲の基準矩形波を受信電極に送信しARM マイクロコントローラーの 12 ビット A/D コンバーターによってサンプリングされる
      - 同期アンダーサンプリングを使用して信号を復調し、電極間の静電容量に比例する元の振幅を復元する
      - 32個のサンプルを平均化してホワイトノイズを除去する
  - 誘電特性と感度
    - 誘電特性と感度を組み込むには、伸縮性と曲げ性を備えた電極が必要
      - 表面抵抗率が低く、長さの 2 倍まで伸ばせる、銀メッキの 76% ナイロン、24% 弾性繊維の布を使用した
      - パイレックスガラスビーズを誘電体として使用したときに、妨害体積にガラスビーズが入った水を使用すると平均誘電率が 30 に近づき、より長い距離での検知解像度が向上した
  - 異なる次元の応用的なセンシング
    - 変形を感知するために送信電極と受信電極を行と列に分けることは、静電容量型形状感知電極レイアウトの 1 つのアプローチ
    - 各電極は送信機と受信機の両方として機能する
    - 異なるレイアウトの隣接する電極間の静電容量を測定することで、伸張、傾斜、またはねじれの入力を定量化できる
  - 静電容量式タッチセンシングの統合
    - 統合マルチタッチ入力もサポートしている
    - 柔軟なグランド層を、同じ基準信号を送信する導電性糸のラインに置き換えることで、相互静電容量式タッチセンシングが可能になる
      - システムと静電容量結合し、信号が減少することを利用して接触をセンシングする
      - 細い導電性糸 (柔軟性のためにジグザグパターンで縫製)を使用することで送信電極と受信電極のペア間の結合が弱くなるため、ユーザーからの静電容量結合に対してより敏感になる

議論

形状とタッチの感知を備えたジャミングシステムを設計する場合、アクティベーション、感知、インタラクティブアプリケーションおよびプロトタイプのアプローチで実証されているように、いくつかの設計上の決定が重要である
- ジャミングのパフォーマンスはアクティベーション技術と粒子の種類に依存する
- 油圧システムと高摩擦粒子はより広い動的剛性範囲を提供する
- インラインリザーバーを使用してアクティベーションの速度を加速できる
油圧ジャミングは、透明なボリュームを介した光学的な形状とタッチの感知を可能にし、強力で高速かつ静かな操作を提供する
モバイルデバイスや組み込みデバイスの場合、空気圧ジャミングは、周囲の空気を流体リザーバーとして利用できるため、軽量でシンプル、比較的小型であるという利点がある
モバイルジャミングシステムにおける重力の影響は、複数のコンパートメントを使用して材料の配置を制限することでも対処できる
ネクストステップとしてはジャミング技術をアクチュエーションされたディスプレイやデバイスに統合することを検討することがある
導電性ファブリックは、使用されているシリコンの半分のひずみしか許容できないため、システムの柔軟性が制限されている
伸縮可能な静電容量形状センシングのために、埋め込まれた液体金属 [29] や塩水など、埋め込まれた電極と配線に対する他のアプローチを調査する予定もある
より広いコンテキストでもジャミングは利用できるだろう

参考文献（気になったもののみ掲載）＆次読むもの

理論系

[35] Steltz, E., Mozeika, A., and Rembisz, J. Jamming as an enabling technology for soft robotics. Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD), 764225.

[1] Amend, J., Brown, E., Rodenberg, N., Jaeger, H., and Lipson, H. A Positive Pressure Universal Gripper Based on the Jamming of Granular Material. IEEE Transactions on Robotics (2012), 341--350.

[7] Coelho, M., and Zigelbaum, J. Shape-changing interfaces. Personal and Ubiquitous Computing 15, 2 (July 2010), 161--173.

実装系

[8] Follmer, S., Johnson, M., Adelson, E., and Ishii, H. deForm: an interactive malleable surface for capturing 2.5D arbitrary objects, tools and touch. In UIST '11, ACM Press (Oct. 2011), 527--536.

[36] Steltz, E., Mozeika, A., Rodenberg, N., Brown, E., and Jaeger, H. JSEL: Jamming Skin Enabled Locomotion. 2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (Oct. 2009), 5672--5677.

[6] Cheng, N., Lobovsky, M., Keating, S., Setapen, A., Gero, K. I., Hosoi, A., and Iagnemma, K. Design and Analysis of a Robust, Low-Cost, Highly Articulated Manipulator Enabled by Jamming of Granular Media. IEEE ICRA (2012), 4328--4333.

[29] Park, Y.-L., Majidi, C., Kramer, R., Beérard, P., and Wood, R. J. Hyperelastic pressure sensing with a liquid-embedded elastomer. Journal of Micromechanics and Microengineering 20, 12 (Dec. 2010), 125029.

アート系・展示会

なさそう

感想

Jamming User Interfaceは圧力、電気的制御、光学的測定ができ、形状の状態保存と再現ができる、というところが強いと感じた。また、新しく「剛性」という要素をインターフェースへ取り込んだところは面白く、Ephemeral User Interfaceの基礎となる研究であると考えられた。有機的なマテリアルと圧力・剛性を組み合わせているプロジェクトとしてはbioLogicがあるが、個人的にはもっとマテリアルが世界には沢山存在するので、マテリアル自体がセンシングでき、アウトプットできる、コンピューターでそれをセンシングしたり、よりコンピュータ自体も取り入れたアフォーダンスの増大の研究にも興味を持っているかもしれないと感じた。距離の離れたインターフェースもしくは距離が近くて塊として連鎖反応をするインターフェースにも興味が出てきたかもしれない。

——以上——

2025-01-07

論文AdventCalendar(-2)日目: PneUI: pneumatically actuated soft composite materials for shape changing interfaces

新年明けてしまいました、ぷらなりあです。

アドカレが完成していないので今週中に完成させたいと思います。

また、情報科学の達人に申し込むのでそれも爆速で文章仕上げ、レビューしてもらう形まで持っていく必要があるので今週中にやります（意：人間をやめられるよう頑張ります）

それでは本日もやっていき。

論文AdventCalendar(-2)日目: PneUI: pneumatically actuated soft composite materials for shape changing interfaces
今回読んだ論文
アブスト
結論
実装・検証
関連研究
議論
参考文献（気になったもののみ掲載）＆次読むもの
感想

今回読んだ論文

Lining Yao, Ryuma Niiyama, Jifei Ou, Sean Follmer, Clark Della Silva, Hiroshi Ishiiによる、

”PneUI: pneumatically actuated soft composite materials for shape changing interfaces”を読みました。

アブスト

空気圧で作動する柔らかい複合材料を介して形状が変化するインターフェースを構築するための実現技術である PneUI を紹介する
- 複合材料は、入力検知とアクティブな形状出力の両方の機能を統合している
  - 異なる機械的または電気的特性を持つ複合材料の多層構造によって可能になる
- 形状が変化する状態は、空気圧と事前定義された構造を介して計算で制御できる

結論

空気圧で作動する柔らかい複合材料を使用したさまざまなタイプの形状変形インターフェースを紹介した
事前にプログラムされた構造を持つ材料を介して制約を導入することで、変形の方向、場所、角度を設計および制御できる
以下のことについて提示した
- 形状変化プリミティブの実証
- 柔らかい複合素材を構築するための材料、構造、ソフト製造プロセス
- 空気圧制御システムの選択のフレームワーク
- テスト結果
ソフト複合材料は、単一の可鍛性材料に対するセンシングとアクチュエーションの融合である
- 応答性材料を使用して形状変化インターフェースを使用する新しい機会を生み出す

実装・検証

実現可能なモダリティを以下の4つに分類する
- 表面上のジェスチャーを感知する
  - 入力モダリティ
- 表面上をホバリングする
  - 入力モダリティ
- 表面を変形させるジェスチャー
  - 入力モダリティ
- 空気による表面の変形
  - 形状出力
ソフトインターフェースの特性による表面を変形させるための操作
- 押す
- 伸ばす
- 曲げる
- 抱く
- なでる
- 握る
空気圧作動型ソフト複合材料の設計
- 空気圧に応じて等方性と異方性の両方の変形を可能にするように設計されている
- 複合材料
  - 2 つの構造層と 1 つのセンシング層を含む 3 つの主要層で製造されている(Figure 2)

- - - 構造層
      - ①等方性形状変形を可能にするために、エラストマーポリマー (またはエラストマー) を主要材料として使用
      - ②空気圧に応じて制約された異方性変形を作成するために、さまざまな弾性を持つさまざまな材料が含まれる
    - センシング層
      - 導電性糸や液体金属などの固体または液体の導電性材料が、入力と出力の両方を感知するセンシング層として複合されている
  - アドオン層を複合して、アクティブな形状出力以外の他の材料特性を制御する
    - ジャミング粒子は表面の剛性を制御して触覚アフォーダンスを提供したり、特定の状態で形状をロックしたりできる [3]
    - サーモクロミック液晶をエラストマーの空気チャネルに注入して表面の色を変えることもできる
  - 各層には外部的に設計された構造を持つ 1 つ以上の材料が含まれている
    - 空気による膨張によって引き起こされる変形を強化または修正できる
      - 折り紙構造により、特定の方向への柔軟性が向上する、など
    - 複合導電層はセンシングネットワークを形成できる
      - 3D 基板に電極を配置すると、静電容量の変化を通じて 3D 形状出力を感知できる
  - 異なる材料を選択し、異なる順序で重ねることで、複数の柔らかい複合材料を構築している(Figure 2)
- 材料の種類の決定方法
  - 達成したい形状変化の種類と、他の研究者がすぐにアクセスできると思われる材料の両方によって決まる
  - 多様なエネルギー源を導入することで、熱駆動型形状記憶合金や熱可塑性プラスチックなど、新たな範囲の活性材料を複合化できるようにもなりそう
柔らかい空気圧複合材料による変形挙動、マクロとミクロの両方で探る、形状インターフェースの実現または強化方法
- 圧縮と伸長の組み合わせによって、表面の特定のポイントに曲率を生成できる
  - 膨張式エアバッグによる圧縮と伸長の挙動を利用
    - 紙層の折り目パターンまたはエアバッグの位置によって変形の位置が決まっていた
    - 空気圧によって曲率の度合いが決まっていた
- 柔らかいアクチュエータの中でも曲げ挙動を制御するために折り目パターンを持つ紙複合材を導入することに焦点を当てている
  - 折り目のパターンを変えて変形の変化を検証した
    - 空気圧と折り目パターンが曲率の度合いを制御するために必要であった
      - 空気圧

空気圧と折り目パターン、密度の違いによって変形がどのように変わるかを
検証している比較写真のスクリーンショット

- - - - 追加の空気を送り込むと、1 回の曲げ (Figure 6d) が連続した曲げによるカール (Figure 6e) に変わることが示されていた
      - 折り目
        
        密度、位置、角度という 3 つの折り目パターンの要素を変えて検証した
        
        密度の低い折り目は、より鋭い曲げを可能にし、折り目の位置を変えることで、表面上の曲げ位置を制御できる (Figure 6c と 6d)
        
        折り目線を斜めに配置すると (Figure 6f)、単一の平面でカールするのではなく、らせん形状が生成されます (Figure 6e)
        
        紙の代わりに薄い木片の表面パターンカットの場合でも同様に曲げと力の動作が確認できた(Figure 6g, Figure 6h)

折り目パターンとエアバッグ制御による円形が変形されるパターン集のスクリーンショット

- - 折り目パターンとエアバッグのそれぞれの制御によって、平坦な円形が 3 つのスタンドで異なる空間構造に変形される様子をテストした(Figure 7a)
    - 普通の紙層と低弾性プラスチックエアバッグの2層で構成した
    - 非弾性エアバッグは、弾性エアバッグよりも曲げ力が強く、厚い紙や薄い木やプラスチックでできた表面を曲げることができることが示された
  - 直線から正方形への段階的な変形も示した(Figure 7b)
    - 折り紙構造をエラストマーと合成することで方向の体積変化動作を検証した
      1. 直線伸長、2) 角度拡張、3) 回転伸長といった体積変化挙動を検討した
  - テクスチャ変化
    - エラストマー内に気泡を作る方法と、カットパターンで布地を複合する方法の 2 つのアプローチが検討されている
      - テクスチャの密度、頻度、順序を変えることができる

- - - - 気泡の各列を個別に膨らませることができる(Figure 11)
        
        より大きなエアバッグと合成することで、マクロレベルとミクロレベルの両方で変形を組み合わせ変形可能な3D表面にテクスチャパターンを作成できる
      - カットパターンを使用した場合
        
        シリコンと合成した場合の応力に対する柔軟性のため、弾性生地 (スパンデックス) が素材になった
        
        布地とシリコンの弾性率の違いにより、多段階の変形が生じた

- - - - 空気圧が増加すると、同じ表面がマクロレベルからミクロレベルまで変形することを実証した(Figure 13)
    - メッキされた銀色の糸などの導電性糸を複合材料に埋め込むことで、人間の触覚やジェスチャーを感知できる
      - 折り紙を支持および拘束構造として使用する場合、銅テープで作られた電極を紙の折り目と組み合わせることで構造変形を感知できた

折り紙を拘束構造として使用し銅テープを電極とした構造変形を感知できるようにした
写真のスクリーンショット

- - - - 折り目間の分離距離は電極間の静電容量と相関している(Figure 15)
        
        電極配置を拡張して、追加の幾何学的折り目構造を感知することもできる

- - - - 測定は、一方の電極を方形波で刺激し、隣接する電極に誘導された電圧を読み取ることによって行われた
        
        方形波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの後の時刻 T に行われた
        
        測定値の差は 23 サイクルにわたって平均化された(Figure 16)
        
        RC 回路の時定数は C に依存するため、C が変化すると時刻 T の電圧が変化し、静電容量の相対的な変化を測定できるようになる
        
        各サイドのセンサーデータは平均化され、その後、ノイズを除去するためにウィンドウ化された時間平均に渡される
        
        その後各サイドの電極の値が単一正規化され相対的な高さが求められた

- - - - 液体金属の抵抗は、チャネルの変形に応じて変化することを利用し、複合材料の最上層の製造に応用した
        
        直接操作と空気作動の両方で表面の変形を感知できる(Figure 17)
        
        静電容量センシングにも利用できる

議論

Compositing Active Material
- インターフェースが複数の形状変化状態を持ち、リアルタイムで動的に制御できることが依然として望まれている
- 他の能動刺激を導入し、より広範囲の能動材料を複合することで実現できる
  - 例：　記憶合金または熱反応性ポリマーを埋め込み、2 つの作動源 (それぞれ空気と熱) を組み合わせる
    - 形状変化状態をより柔軟に制御できる可能性がある
Variations of Source for Actuation
- 現在の固定式システムでは移動性が制限されている
- 移動式システムでは、空気を入れる/空気を吸い込む速度が大幅に低下してしまう
- ポンプの継続的な騒音が鳴ってしまう
  - 断熱エンクロージャで低減できる
- より小型で高速で統合された空気圧制御システムを実現するための新しいアプローチを模索する必要がある
  - 空気以外の種類の流体を使用するのも興味深い
    - 例：ヘリウムまたは熱風を使用すると、膨らんだ表面を空気または水中に浮かべることができる
  - 化学反応を使用してガス源を生成すると、難しい空気圧制御システムを排除できる可能性がある
Extension of Shape Changing Behaviors
- 他のタイプの形状変化動作は、まだ体系的に調査されていない
  - 表面に穴を開けるなどのトポロジー変化は、インタラクションに興味深いアフォーダンスを与えることができる
  - 生物にヒントを得たメカニズムとしての移動は、材料構造のプログラム可能な制約によって実現できる[32]
  - 形状のロックは現在、ソレノイドスイッチで実装されている
    - ジャミング粒子などの剛性変化材料は、形状をロックしたり、動的制約を導入したりするために適応できる
3D Printing as a Promising Fabrication Approach
- 柔らかい材料の製造には手作業と時間のかかる鋳造成形プロセスが必要
  - 弾性ポリマーの印刷が可能になれば複雑な空気チャネルの構築、ソフトとハードの材料の組み合わせ、および追加の自動製造プロセスに役立つ

参考文献（気になったもののみ掲載）＆次読むもの

理論系

[2] Coelho, M. and Zigelbaum, J. Shape-changing
interfaces. Personal and Ubiquitous Computing 15, 2
(2010), 161–173.

[3] Follmer, S., Leithinger, D., Olwal, A., Cheng, N., and
Ishii, H. Jamming user interfaces: programmable particle
stiffness and sensing for malleable and shape-c

[31] Sergio, M., Manaresi, N., and Tartagni, M. A Textile
Based Cap

[32] Shepherd, R.F., Ilievski, F., Choi, W., et al. Multigait
soft robot. In PNAS ’11. 108, 51 (2011), 20400–3.
33. Slyper, R., Poupyrev, I., and Hodgins, J. Sensing

実装系

[33] Slyper, R., Poupyrev, I., and Hodgins, J. Sensing
through structure: designing soft silicone sensors. In
TEI ’11, ACM (2011), 213 - 220.

[8] Hawkes, E., An, B., Benbernou, N.M., Tanaka, H., Kim,
S., Demaine, E. D., Rus, D., and Wood. R. J.
Programmable matter by folding. PNAS 107, 28 (2010),
12441–12445.

アート系・展示会

なさそう

感想

PneumaticInterfaceは、「剛性」と「圧力」という部分で秘めているアフォーダンスが大きそうに感じた。剛性という部分では触り心地の変化、ものを弾くこと、周辺材料を折り曲げたり、曲がる形状を誘導することで形状変形につながるというところがアフォーダンスを持っているように感じた。圧力という部分では、内部圧力の変化による科学物質への効果や状態変化の発生、センシングというところがアフォーダンスを強く占めているように感じた。この研究自体も他の分野の流れを組んでHCIで再解釈しているようなので、もっと他の分野への視野も広げていきたい。また、最近はTangible User Interfaceに興味があるが、理由がうまく言語化できていないためブログを書ききった後にGPTに相談しつつ考えていきたい。

——以上——

2025-01-06

2025の目標・抱負と現状の自己分析

2025の目標・抱負

あけましておめでとうございます、ぷらなりあです。

色々知り合いと話し合い、本年の目標が決まりましたのでまとめていきたいと思います。

2025の目標・抱負
Dive and think later
なにをするのか
去年のやり残し
- コンテストで作ったアプリのリファクタリングを今月中に行う
- アドカレを今週中に完成させる
現状の自己分析
- なりたい自分はなにか
- 自分はどんな人なのか
まとめ＆謝辞

今年一年は...

Dive and think later

今年の方針を一言でまとめると、これになります。あまりにも端的すぎるので以下に詳細を分けて書いていきます。

気になると思ったら気になる何かしらの理由があるので飛び込んでみる

なんとなくでもやりたいこと、分野が生えたら、理由が不明確でも「やりたい」ということがあるので、飛び込んでやってみればよい、ということです。

最近、自己分析をしたときに感じたことなのですが自分の興味がぶれがちなので興味を絞るべきではないか？ということが自分の中で発生し、気になることがあっても手を伸ばすのが遅くなってしまっていました。つまり、理由がなければ飛び込むことが遅くなってしまっていました。そこで、「気になる」事自体が理由なんだからとりあえずやってみよう、という精神で動くことを方針とすることにしました。もちろん、ただ潜るだけではなく、ある程度やりきってから次の方向へシフトしようと思っています。

飛び込んで振り返る、を繰り返すことで「なんで気になったのか」を考える

気になることをやってみて、振り返ることでなぜそれをやりたいと思ったのかを言語化する（多分ブログにアウトプットする）ということです。

気になることをやっても、なぜそれが気になったのか、どういうところが面白くて、もしくはどういう所が自分には向いていなかったのかを考えようと思っています。

理由を考えすぎて偶発的な可能性が見えなくなることを避ける

気になることをやってみる、というスピードを落とし、理由ができてから取り組むことを避けて偶発的に自分の可能性を発見する機会を増やすということです。

前述しましたが、理由がなければ気になることにも飛び込むことが遅くなる、という事象が自分に発生していました。知り合い曰く、「理由ができてから飛び込むメリットは、理由が明確になったときに前に進む距離が長くなると思う。けどデメリットは新しい自分の可能性とかやりたいことに気づきにくくなるっていうのはあるかも」ということだったので自分の可能性を残しながら気になることに飛び込んでいこうと思います。

なにをするのか

んで何をするんだい？ということが次に生えてくるので、以下にまとめてみました。

研究に足を伸ばしてみる

個人的に気になっている研究はHCIで、その中でも総合格闘技的にインタラクションを作る分野に興味を持っています。とりあえず以下、3つの方針を書きました。

気になる研究をしている先生とつながって、研究のことや話を聞いてみる

気になる研究をしている大学の教授に、知り合い経由で繋いでいただくorメールで直接連絡をして、具体的にどんなことをテーマとして研究をしているのか、また自分が大まかに興味を持っていることはあるけど、専門家からするとどのような関連分野や全く反対の研究があるのかを聞いてみようと思っています。まずは有識者かつメインポストの人とのパイプを作ろうと思います。

伝手経由で大学の研究室インターンをお願いしてみる

上記のことと関連しているのですが、実際に気になる研究をしている大学の教授と知りあったらなんとかインターンとして研究に参加してみる、もしくは気になることがもう少し明確になったら補助を受けつつ研究するということをやってみようと思っています。とことんまずはお願いしてみようと思っています。

学会に参加してみる

気になっている分野の学会に何回か参加してみようと思っています。意図としては２つあって、「気になっている研究をやっている人とつながること」「研究の話を聞いてみること」というものがあります。というのも、研究会というコミュニティに飛び込んでまずは気になっている研究をしている人とつながり、どんなことを具体的にやっているのか、どんなところが面白いのかを聞き自分の興味を明確にしたいと考えているからです。沖縄で来週に学会があることを知ったので、このブログを書いたあと申し込みます。また、他の時期にある学会にも積極的に飛び込んでみます。

海外に行くチャンスを探して掴む

海外に行って視野を広げたい、現地のスタートアップや大学に行って、どんなことをしているのかを知りたいというモチベーションがあるので、下記の2つのことを具体的にやろうと考えています。

起業家甲子園で海外に行ってみる

起業家甲子園ではどうやらシリコンバレーに行ける可能性があるようなので、起業家甲子園に挑戦してシリコンバレーへ行けるよう頑張りたいと考えています。なのでおそらく今日から企画書作成と企画書修正のデスマーチが始まるかなぁという感じです。

留学プログラムを知り合いに聞いてみて全部追って、参加できるものを探してみる

知り合いに留学に行っている人たちが割といるので、その人達に留学プログラムや支援金がないかをめちゃめちゃ聞いてみようと考えています。個人的に金銭の問題と、どこに行くか（多分スタートアップと大学、という目線だとアメリカorイギリスorドイツになる気がしていますが）さえ解決すればフットワークを軽くして飛び込むつもりなので、その準備や手札を揃えておこうと考えています。明日、起きたら各方面へ相談してみます。

新しいものを考えている人たちの意見を知る

私は新しい価値を作って世の中にインパクトを与えていきたいので、新しいもの、という視点を深めるために、新しいものを考えている人たちの意見を知ろうと思ったので、以下にやることを書いていきます。

SFを読むor見る

現在作られているものは、割と昔にSFで考えられていたものが多いとされています。（e.g. インターネット、AI）昔のSFで考えられていたことや、最近のSFで存在しているものを考えてみて、未来にどんなものがあると良いのか、どんなものがあるとインパクトを与えられるかを考える材料にしていきたいと思います。

去年のやり残し

去年やり残していたことがあったので、今月中に清算していきます＾＾

コンテストで作ったアプリのリファクタリングを今月中に行う

BLEのコードを書ききっていないので、今月中に処理を書いて動作確認まで行います。処理手順は理解している（はず）なので爆速で今月中に終わらせたいと思っています。

アドカレを今週中に完成させる

実は論文アドカレが完成していないので、今週中にあと4本読んでアドカレを完成させます。頑張ります。

現状の自己分析

現状の自己分析も書いておき、後で見返せるようにしておきます。

なりたい自分はなにか

新しい価値を創り続け、世界にインパクトを連続的に与え続ける存在

->必ず、気になったことに挑戦する前に「新しい価値は何か？」「インパクトを与える具体的な行動は何になるのか？」という仮説を立てた上で飛び込むようにする。

仮説を立てたうえで環境を体験してみて、何が良いのか身を任せてみる。そして後でもう一度何が新しい価値で、どんなことでインパクトが与えられるのかをまとめる、ということを行う。自己体験の論文的な形でまとめることをスタート時と終了時に行う

自分はどんな人なのか

やりたいことがぶれがち

これは２面性があります。良い面は、いろんなことに興味を持って経験しているから視野が広くなりやすい、ということです。ただ、やりたい筋は決まっていないので気になった理由を分析しなければ自分のやりたいことや可能性を掘り起こさず中途半端になるということがあります。

他人と比較しがち

小学生のころにサッカーをやっていたことが原因だとは思うのですが、結構他人と比較しがちです。これは社会的に実力を認められたい、ステータスを手に入れたいということが根源にあるのかもしれません。

バイアスかかりがち

結構周囲の人に言われたり、一度気になったことに対するバイアスがかかりすぎます。深ぼるのは良いものの、自分の筋が決まっていない状態なので、できるだけバイアスをかけずに多くの細かな情報までもキャッチし、バイアスがかかりすぎないようにする必要がある気がしています。

まとめ＆謝辞

まずは最近人生相談にのっていただいている、かんちゃんさん、かねしろさん、ちげさん、のっちまんさん、tomioさん、ありがとうございました。

そして本日から冬休みが明けます。今年も全力で一日一日を後悔しないように、特に三種の悪器（Twitterの動画、インスタのリール、youtubeShort）を見ないように頑張りたいと思います。

本年度もぷらなりあをよろしくお願いします。

2024-12-31

2024の振り返り

ぷらなりあです。

ついにBIGみそかになってしまったので本年の振り返りをblogにしていきます。

この記事は #力強くアウトプットする日の延長戦で書いている記事です。108本のブログを書いて、煩悩を消滅させていきたいと思います。

2024の振り返り
何やったか(イベント関連)
何やったか(スキル、開発関連)
意識していたこと
成果
- 高専キャリア夏の全国大会でFIXERの最終面接チケットを取れたこと
- パソコン甲子園モバイル部門でグランプリを取れたこと
コンテストに参加して...
カンファレンスに参加して変わったこと
tomioさんと1on1をして変わったこと
- 1.IPAの存在を知ったこと
- 2.自分が何をしたいのかを真剣に考えるようになったこと
学んだこと
お世話になった人&会えて良かった人
来年は何をするか
感想

何やったか(イベント関連)

2月

高専キャリアビジッカソン

運営で参加していました。宿泊所管理者となり、参加者の方々と楽しく話していました。

高専キャリア新年会

参加しました。いつもいる運営メンバーやかんちゃんさん、ちげさんと話ができたり、尾藤さんと少し話せたりと結構楽しく過ごすことができました。二次会では少人数で今年どうするのかという話をしたり、カラオケに行ったりしていました。

3月

PHPerKaigi

今年一番行って良かったと思っているカンファレンスです。ここでtomioさんと出会えたのが今年の一番幸運だったことだと思っています。

高専キャリア起業部合宿

初めてピッチをしました。自分がピッチすることが空っぽだった中、アイデアを考えて資料にまとめることができました。アイデアは今見返すと全然価値を感じませんが、ピッチをしてやりたいことを伝える、というチャレンジができたことはすごく良かったと思っています。また、山野さんと会えた会でした。一緒に銭湯に行くのをすっかり忘れていたので予定を空けて一緒に行きたいものです。

高専カンファレンス in 浜松

東京からギリ行ける距離だったので参加しました。岡さんや、わかめのしっぽさんと起業部合宿ぶりにロイヤルホストで話すことができました。また、さわやかを食べました。また次も静岡行くぞ~~

未踏ジュニア

採択にはなりませんでした(自分のやりたいことが明確になっていない&既存のものとの差分を示せなかったので当然)。ですが、提案書の書き方や、自分が何をしたいのかを悩むきっかけとなって挑戦してすごく良かったと思っています。

観光・地域共生デザインコースで大分へ

観光・地域デザインコースで大分に行っていました。事前にアイデアは固まっていたのでインタビューや現地調査をして、後はゆっくり観光していました。温泉を利用してスマート農業をしている施設に行けたのも結構激アツでした。

5月

高専キャリアGW交流会

ゴールデンウィークにあったイベントです。FIXERさんのオフィスでいろんな方々と交流できました。そういえば未踏ジュニアに申し込んで落ちた話をLTしていました。

speakerdeck.com

6月

PHPカンファレンス福岡

飛行機をPHPerKaigiの際に取っていたのでノリと勢いで行ってみることにしました。PHPerKaigiで出会った方々が多く、懇親会や二次会でお話をして交流を深められたと思っています。

パソコン甲子園企画書作成

パソコン甲子園のアイデアが決まってきて、月末は企画書作成をひたすら行っていました。M教授にめっちゃお世話になりました。

8月

高専キャリア夏の全国大会

夏にあったイベントです。ほぼ運営として参加して、Progateとgithub、vercelを使って自分のHPを作る開発講座を行いました。また、起業部ピッチというピッチに参加し、FIXERさんから最終面接チケットをいただきました。あまり人と話せず、ピッチの資料の修正をかんちゃんさんに行っていただきつつ具体と抽象のバランスをどのようにとるのかについて訓練していました。

9月

PHPカンファレンス沖縄2024 運営

カンファレンス運営を体験できるタイミングが今しかないと思って参加しました。さくらインターネットさんとも連携して前日イベントを運営したり、イベント当日は誘導や物品準備、受付をしていました。動画作成の提案をしたけど誰が責任を持つかで混乱が発生してしまったのは反省点。

高専人会

アフターパーティーに参加していました(台風のせいでアフターパーティーのみとなってしまっていました)。入江先生とお話する機会を作れたのが良かったかと思っています。

10月

開発

コンテストの開発で死んでいました。高専祭など存在しませんでした()

11月

パソコン甲子園2024

グランプリを取ることができました。デスマーチ期間にエナドリを添えてくださったり、プレゼン資料のレビューをしていただいた皆さんには大感謝をしています。本当にありがとうございました。とても限界開発をしていたのは非常にまずく、次回以降コンテストやプロジェクトをするときは1ヶ月以内にプロトタイプを作成して、翌月にはユーザが使えるクオリティまで持っていくというところを絶対にするように気をつけたいと思いました。

12月

高専キャリア冬の全国大会

つい最近あったイベントです。未踏のセッションを聞いたり、新しい価値を作るためのデザイン講座だったり、初めて会う方と交流できたりとめちゃめちゃ充実していた。このイベントのブログも書いたので気になる方は以下からどうぞ。

pranaria9.hatenablog.com

何やったか(スキル、開発関連)

Kotlin

パソコン甲子園の開発をしていて基礎は身につきました。とりあえず基礎が身についたのでドキュメント調べながら実装するくらいにはなったかと思っています。

電子工作

これもパソコン甲子園で身につきました。指導教員にめちゃめちゃ教えていただいていました。まだまだ初心者なのでもう少しスキルを伸ばしたい部分ではあります。

Unity

これもパソコン甲子園で身につきました。Kotlinとの連携や3Dモデルを組み込むところまでやったので今後役に立ちそうだと思っています。

イベント運営

高専キャリアのインターンと、カンファレンス運営で身につきました。今後、人を集めてイベントをしようと思ったときに役立ちそうかなと思っています。

デスマーチ

デスマーチをするときに身体を壊さないように集中する方法がなんとなくわかりました。具体的には ①1日最低30分睡眠をする ②睡眠時はホットアイマスクをつける ③5~6 時間に1回カフェインとアルギニンを接種する。エナドリもしくはユンケルを取ると良いという感じのことを学べました。

ただ、2度とデスマーチをしないように爆速プロトタイピングするようにしたいです...特に、開発に詰まったときの相談も速攻で行うようにしたいと考えています。

意識していたこと

とりあえず広範囲に手を広げてみること

とにかく広い技術に手を出していました。特にコンテストでは加工や電子工作、ゲーム開発、アプリ開発を行っていました。ハードウェアへの苦手意識や偏見が無くなったのは結構良かったことだと思っています。

企画することにチャレンジすること

企画を頻繁にしていた気がします。コンテストのアイデア出しの他に、観光・地域共生デザインコースでのアイデア出しをしていました。機会に応じてアイデア出しをしていたので、自発的に作りたいもののためにアイデア出しがしたい、という場面がありませんでした。

沖縄の外の人とつながること

カンファレンスにノリと勢いで行くことにより、北海道の人までつながることができました。嬉しい。高専キャリアと技術カンファレンスに行ったことでこの部分は広がっている気がします。

成果

高専キャリア夏の全国大会でFIXERの最終面接チケットを取れたこと

・高専キャリア夏の全国大会のピッチでFIXERから賞をいただきました。1.5年間で高専キャリアというコミュニティでチャレンジしたことの結果が現れているように感じました。

パソコン甲子園モバイル部門でグランプリを取れたこと

・これは正直たまたまだと思っています。開発ギリギリ、UIもクオリティが低いというようにアイデアの部分だけで勝ち取ったのかなぁと思いました。限界開発を次回以降は絶対せず、やりきるために最遅2ヶ月前までにはプロダクトの基本機能を直しておくように気をつけることが学べました。

コンテストに参加して...

パソコン甲子園に参加して、以下のことが良かったかと個人的には考えています。

1.人に見せられるくらいまでの実装ができたこと

とりあえず審査員や一般来場の方が見れるようなプロダクトを1個作ることができました。クオリティは低かったですが実際に動かせるプロダクトを1個作る経験が生まれて良かったと思っています。

2.限界開発を早めに体験できたこと

9月後半 ~ コンテスト1日目まで基本1人で限界開発をしていました。期限がやばい開発を早めに体験できたので、新しくプロジェクトを立てるときは毎日限界開発でプロトタイプを1ヶ月以内に作るようにしたいと思いました...

辛かったのは以下のことです

1.チームメンバーが体調不良で開発が死んだこと

パソコン甲子園はチームメンバーの上限が3名なのですが、そのうち1人は開発以外のヘルプでした。つまり、開発できる人は私含めて2人です。そして開発できるメンバーが胃潰瘍で3週間ほど稼働できず、私が基本的にソフトウェアを仕上げ、ハードウェアは教員や先輩の助けを得ながら作る、ということをしていました。体調不良と精神を病むことだけはプロジェクトをするうえでめちゃめちゃ大変になるので健康に生きていくよう意識したいです...

2.Githubにソースコードが共有されておらず、ほぼ全部書き直したこと

胃潰瘍の件でソースコードを引き取ろうとしたときに、ソースコードがGithubに上がっていない、ということがありました。直接ギガファイル便でデータを受け取って編集し、2日後に事前提出データを提出、ということをしていました。バックアップ環境を整備しておくことの大切さも感じました...

カンファレンスに参加して変わったこと

技術カンファレンスに参加して、以下のことが変わったかと思っています。

1.沖縄以外の人と知り合えたこと

カンファレンスに行った影響で、南は沖縄、北は北海道の人たちまで知り合いが増えました。ありがたい。ローカル情報を聞いたり、沖縄県内では聞かないコンテストや問題を聞けたのは視野が広がりました。

2.企業のことを聞く機会が増えたこと

技術カンファレンスには協賛企業の方々がいらっしゃる場合もあります。協賛企業の方とお話することで、知らなかった企業の事業内容や働いている方々のリアルな声を聞くことができたのはすごい良かったと思っています。

3.年上の人達と会う機会が増えたこと

技術カンファレンスには基本的に自分より年上の方が多くいらっしゃいます。積極的に交流会で話しかけてTwitterを交換して仲良くなるように心がけてつながりを広げていきました。「今のうちにこれをしていると良いよ」というアドバイスや人生相談に乗ってくださる良い人もいるので、そういう人たちと早めに繋がれるのがめっちゃ良いです。

tomioさんと1on1をして変わったこと

実は9月くらいから2週間に1回のペースでtomioさんと1on1をしていました。tomioさんとの1on1をして変わったことは以下のことです。

1.IPAの存在を知ったこと

IPSJという団体の存在そのものを知る機会がなかったので、tomioさんと会ったきっかけでその存在を知ることができ、IPSJのイベントや学会の存在を知ることができました。

2.自分が何をしたいのかを真剣に考えるようになったこと

未踏ジュニアの相談をしている中で、「私が何をやりたいのか」という相談を何回ものっていただきました。

学んだこと

1.積極的に外に行く姿勢によって偶発的に人と出会える

思い切ってイベントに参加することで、他の場所で出会っていた方々と仲良く交流できたり、新しく人とつながる機会も増えます。時間がある際に自分の知り合いが参加しているコミュニティのところに行ってみる、イベントに積極的に参加してみる、というところが偶発的に人とつながる手段としては簡単な方かなぁと考えています。

2.身体と精神の健康は大事

コンテストを通じて思いましたが、身体と精神はめっちゃ大事で、どちらかの健康が守れていないと、開発がストップしたり何も作業ができない状態になってしまうことがあります。なので、流石に身体がやばいなと思ったら寝ることを心がけるようになりました。

3.同時に3つ以上のことをするとタスクがオーバーフローしかける

特に9月ごろにあったのですが、PHPカンファレンス沖縄のスタッフと、高専キャリアインターンと、コンテストの開発が同時に動いていたので、ほぼ毎日がミーティングとなりタスク消化のために休み時間や放課後が消え続けたりというように逼迫したリソースで物事を進めていたと思っています。今後は自分のやりたいこと、深めたいことに重点を置いて取捨選択をしていこうと思っています(それができないとすべてが崩壊するため)。

お世話になった人&会えて良かった人

tomioさん

今年お世話になった方No.1かもしれないと思っています。北海道のコミュニティの方とつながる機会や、オフィス見学の機会をいただけたり、一緒に分身ロボットカフェに行ったり、未踏ジュニアの相談、自分が何をやりたいのかということを深ぼるタイミングをいただいたりなど、今年の3月にお会いしてから非常にお世話になりました。大感謝です。

M教授

コンテスト関係で特にお世話になりました。アイデア出しから企画書の書き方、プレゼン資料や発表文面など、非常に助けられました。まだまだよわよわですが、これからも技術のこと、コンテストの相談に載っていただけると幸いです。

かんちゃんさん

アウトプットに関してすごくお世話になりました。日報の書き方やプレゼン資料のアドバイスまで、親身に相談に乗っていただきました。日報もまた再開していくのでレビューをお願いいたします。

一色さん

身近にいる大先輩だと思っています。相談するときにマサカリを投げていただくことで深く自分がやりたいことやなんのためにそれをするのか、というところを鋭い観察眼で指摘していただいていて助かっています。自分が総合格闘技的なHCIをやりたいのか、というところはもっと真剣に考えていきたいと思っています。

岡さん

春の起業部合宿からお会いして、ここまで仲良くなれるとは思ってもいませんでした。お互い何をするべきか悩んでいきましょう...

来年は何をするか

1.人生どう生きるか真面目に考える

自分がやりたいことが何かを明確に言語化できていない以上、このままだと全てブレながら行動していくような気がしているので、まずはやりたいこと、できること、やるべきことを付箋紙にまとめて深ぼっていきたいと思います。

2.自分がどんなスキルを深くするべきなのか考える

色々相談しているうちに、自分がどんなスキルをメインで磨くのか、という部分が重要になってくる気がしています。この2年間、まともに他人といっしょに開発をしていないので専門性が低い部分を広く浅くやってきました。しかし、一部分を深めないと他のことをインプットしても、作るものに深みや高度な技術の考慮ができていないのではと感じるようになりました。これは他人と相談しつつ決めていきたいと思います。

3.情報科学の達人に挑戦してみる

来月中旬にありますが、とりあえず申し込もうと考えています。自分のやりたいことが決まっていないのでおそらく落ちる可能性の方が大きいですが、やりたいことをまとめる機会や、翌々年に申し込む可能性は非常に大きいので、今のうちにチャレンジしたいと思っています。

4.未踏ジュニアに挑戦する

未踏ジュニアには非常に挑戦したいと思っています。未踏自体のコミュニティの大きさやつよつよの多い環境に身を置きながらプロジェクトを進めるのが面白そう&強いメンターが付くので、最後の未踏ジュニアは気合を込めて申し込んでいこうと思っています。

感想

ここ2年を思い返して、かねしろさん、ことみんさん、tomioさんと会えたタイミングが人生が大きく変わった気がしています。技術何も知らないマンから少しは成長しているのかな...？

私の来年は「やりたいことを探索する年、専門性を深める年」にしていきたいと思っています。死ぬ気で楽しく、真剣に、そしてもっと挑戦をして生きていこうと思います。

皆様、よいお年を。

2024-12-29

高専キャリア2024 冬イベントに参加した話

もう年末.. つらい...

さて、年末も近づいたし(?)今回は12/27 ~ 12/28 に開催された「高専キャリア冬の全国大会」に参加したのでその感想を書いていく。書きたいセッションの感想のみ書いていく。

ちなみにこのblogは #力強くアウトプットする会で書いたブログなのであなたもblogを書いて108の煩悩を消し去ろう。

高専キャリア2024 冬イベントに参加した話
1日目
- 交流会
2日目
まとめ

1日目

交流会

SNSで知り合った未踏ジュニアの採択者と話すことができた。なんで未踏ジュニアに受かったのか、というところで何回も未踏ジュニアに挑戦したこと、自分のやりたいことがどういう経緯で決まったのかという話や、自分のやりたいことを明確化させ、技術的に実現可能性を突き詰めたという話を聞くことができた。

また、提案書を書くときに自分のやりたいことを "〇〇" と穴にしてやりたいことの文章を書いて、AIに「〇〇に当てはまる単語を文章から推測して埋めてください」というように言った後に "〇〇" が自分のやりたい分野とおなじになるかどうかで、文章の説得力、話のつながりを明記していることを聞いたので活用したい。

次はまた別の採択プロジェクトで会おうとのことだったのでまた話せると良いなぁと思う。

某機構で働いている方(今回は個人的にイベントに参加していたらしい)とも話すことができた。学生時代の話や現在働きながら大学院に行っていること、お互い精神的にも身体的にも健康でいよう、という話をした。また、検討中ではあるが一部のプロジェクトに参加できる機会をいただいた。自分の方向性も含めて考えた後に回答したい。

2日目

デザイン講座

表面的なデザイン(e. g. WebのUIの構造化, 配色)ではなく、「設計する」というデザインについて話していた。「なぜそのものを作るのか」という部分に立ち返りながら、新しい価値を生み出すためのデザインについて話し、それをできるようにするための方法や考え方を示していた。
例えば、共感と観察・問題定義・アイデア創出・プロトタイプ検証で、それぞれで意識するべきこと、順番はともかくなるべく早くループを回して問題があたっていてより本質的なものなのか、予想できなかったようなより良いアイデアを考えられるフレームワーク、ダーティープロトタイプを作って早く検証する、という話を聞くことができた。

今回のイベントのセッションで、参加してダントツでよかったものである。

以下のリンクから見れるのでぜひ。

「今更聞けないデザイン思考」
資料アップロードしました〜#高専キャリア https://t.co/a589wo4Zfm
— ちげ (@Chige12_) 2024年12月28日

未踏セッション

未踏修了生が揃い、未踏とはなにかを話すセッションだった(この時点で良い意味で少し異常なセッション)。最初に経済産業省の方が来て未踏について大まかに説明し、その後に未踏を修了した3人がより具体的にどんなアイデアを出して、どんなことが良かったのかについて話していた。

話を聞いて、「1日60時間頑張る」「未踏に今回受からなくても翌年も出すということを続ける」ことが大切だと学べた。

今回のセッションで未踏ジュニアにも、未踏にも挑戦したい思いがより高まった。

LT

Bluetooth処理はどんなものであるか、どんな種類があるのか、どんな処理順序なのかを端的にまとめたLTを発表した。

Bluetoothに関するドキュメントは結構散らばっていて、包括的に概念や単語、処理までまとめているものは多くなかった。処理フローについてまとめているものは特に探すのに時間がかかった。そのような状態だと無線通信を実装したくなったときに実装ハードルが高くなりがちなのでLTで話そうと考えた。

結構資料もわかりやすく作れた気がしているので気になる方はぜひ下記から見てほしい。

speakerdeck.com

他の方のLTだと、大本営データベースという、第二次世界大戦の記録をデータベース化したプロダクトを紹介していた。戦争時の音声をディープラーニングで学習させて話させたりして、独特な開発だった。だいぶ面白かった。

他にも冶金の歴史や超硬合金の歴史を紹介した発表や、ターミナルでZoom会議ができるようなプロダクトを作った発表もあり、各々がだいぶ個性の強い発表をしていた。

大本営発表データベースのリリースをLT発表しました！

生成AIの方も頑張ります！！https://t.co/RLqY432JxT #高専キャリア #大本営発表DB pic.twitter.com/hhZAUUACTE
— まっしぃ (@massy1102) 2024年12月28日

↓大本営データベース

＼\　㊗大本營發表データベースをリリース　/／

太平洋戦争中の公式戦況発表であった『大本営発表』。これを“全て”デジタル化して収録しようという試みです！

◤￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
　https://t.co/DbxvQNZdCW
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿◢

今後ともよろしくお願いします！ #大本営発表DB
— 大本營發表データベース (@Daihon_ei_DB) 2024年12月28日

交流会

経産省の方に未踏とAKATSUKI PROJECTの話を聞くことができた。地方版未踏の話、IPAの未踏相談会があるという話が聞けたのは結構ありがたかった。あんまり知ることができないような方と交流できて良かった。

また、インターン関連がきっかけで知り合った、人間を辞めかけているかつ車に魂を捧げている人とも話ができた。個人事業主は自分の動き = 給料となる話や常に仕事を請け負うと自分のキャッシュフローが壊れたり、仕事が消えたときにも仕事を受けられる話を聞いた。また、色々車関係のエピソードを聞いていると、車を将来買おうと思っていたのをだいぶためらった...

まとめ

クセの強い人達と交流できた。高専生はそもそもクセが強いが、その中でも良い意味でクセの強い人と交流できた。久しぶりに会った知り合いとも話しができ、非常に充実した交流ができた。インターンも誘われたので、そんな場ができることも結構交流できて嬉しかったポイント。インターンやるかは少し検討中。

これから未踏にチャレンジしていきたいと思った。ただ、現状は自分の性格的に何を深めるのか、という視点や方向性が決まらず熱意が空回りし、興味がぶれているのでそこをまずは考えていきたいとも思った。

新しい価値を提供するものを作るための考え方を学ぶことができたのでプロダクトを考えてみようと思った。コンテストもそうだし、未踏をするうえでも新しい価値提案ができて面白いものを作りたいときに何回も記事を見て、バイアスを外したり、より本質的に課題を見つめる視点を作りたいと感じた。

次回イベントは3月8日 or 9日にあるらしいので、今この記事を見ている高専生、また次の高専キャリアのイベントでお会いしましょう。

では。