HydroHaptics: 実際の力覚フィードバックを備えた柔らかい表面

触覚は私たちの最も重要な感覚の一つであり、私たちが生まれる前から発達し始めます。実際、人間の胚発生において最も早く発達する感覚です。

As an integral part of our lives, touch occurs when specialized neurons sense tactile information from the skin and convey it to the brain, where it is perceived as temperature, pressure, pain, and vibration.

私たちの感覚神経は非常に多様で、その末端はさまざまな感覚構造に保持されています。これらの神経は協調して働き、さまざまな触覚の特性を検出します。

触覚の複雑な言語に対する理解が深まるにつれ、それを技術で再現する能力も向上しています。ここでハプティクスが登場します。ハプティクスは、人間の触覚の感覚的豊かさをデジタルおよび機械的体験に変換する新興分野です。

ギリシャ語の「haptein」（接触または触れる）に由来するハプティクスは、触覚による感知と操作を指します。また、振動や力覚フィードバックなどの触覚刺激を作り出す技術の使用も含まれます。例として、ゲームコントローラー、スマートフォンのバイブレーション、ロボット手術、仮想現実があります。

ハプティクスはユーザーが遠くの物体を間接的に触れ、感じることを可能にします。ジョイスティックやデータグローブなどの特殊デバイスは、コンピュータアプリケーションからの触覚刺激としてフィードバックを提供します。仮想環境と相互作用する人々に強制的なフィードバックを提供することで、ハプティクスは情報の双方向フローを生み出します。

触覚技術の進化 

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約半世紀前に導入されて以来、ハプティクスはテクスチャ、温度、圧力、さらには柔らかさといった感覚を日常的な物体に組み込むことができる高度な分野へと進化しました。この新世代のハプティクスは、デジタル体験を実際の物理的相互作用に近づけることを約束します。

The diverse range of haptic technologies shaping today’s interfaces shows just how much the technology has rapidly advanced.

スマートフォンやウェアラブルは振動触覚フィードバックを利用して振動を生成し、タッチスクリーンやトラックパッドの静電ハプティクスは、滑らかな画面上にテクスチャや摩擦の錯覚を作り出します。熱触覚は温度変化をシミュレートし、仮想相互作用にさらなるリアリティをもたらします。

フォースフィードバックは圧力や動きを加えることで、相互作用をよりリアルに感じさせます。ハプティックアクチュエータとモーターは、ゲームコントローラーやVRデバイスで抵抗感を感じさせる要因です。

これらに加えて、電気活性ポリマーや磁流変性ポリマーといった新興スマート材料は、電場や磁場にさらされると形状や硬さが変化し、柔軟なハプティックフィードバックを可能にしています。

さらに、電圧を用いた精密で局所的なフィードバックを提供する圧電ハプティクスや、皮膚に小さな横方向力を加える小型横方向力、微細な流体チャネルを使用して触覚をシミュレートするマイクロ流体ハプティクスがあります。

この成長中の分野におけるもう一つの技術は、空気圧と油圧ハプティクスで、空気または液体圧力を利用して握力、重量、衝撃をシミュレートします。

これらの中で、油圧ハプティクスは高忠実度のハプティクス技術として研究者の間で大きな関心を集めています。この新興技術は、強力でリアルな感覚を提供し、従来の振動ベースのハプティクスの能力を超えています。

流体を使用することで、強力で精密かつ高度に動的なフォースフィードバックを実現できます。さらに、油圧ハプティックシステムは異なる温度の水を高速で循環させることで迅速かつリアルな熱感覚も提供できます。その上、油圧と空気圧システムは柔らかく柔軟なデバイスに統合でき、ユーザーの疲労を軽減し、器用さを維持した自然なウェアラブルハプティクスを実現します。

現在のハプティックデバイスはしばしばかさばって硬く、ユビキタスな相互作用には不向きですが、研究者は小型油圧ポンプとアクチュエータを開発することでこの欠点に対処し、日常使用にはるかに実用的な小型ウェアラブルの作成を可能にしました。

例えば、数年前にAutodesk Research、マニトバ大学、トロント大学の研究者がHydroRing を作成¹し、指に装着して温度、振動、圧力の触覚刺激を提供し、混合現実ハプティック相互作用を可能にしました。

作動時、このウェアラブルは指先パッドに沿って装着された細く柔軟なチューブを通って液体が流れることで刺激を提供します。パッシブモードでは、ユーザーの器用さや刺激の知覚にほとんど影響を与えません。

最近、ジョージアテックの研究者が彼らのソフトハプティックリングを導入²し、空気圧と油圧駆動を組み合わせて近位指節骨上で柔らかさ、粗さ、熱感覚を模倣します。このリングは人間の皮膚の機械的特性に合わせたEcoFlex 00-30シリコンで作られ、装着者は指先で周囲を探査できます。

その設計は、空気圧膨張による振動、油圧回路で循環する水による熱感覚、そして同時に圧力を提供できるようにしています。

リングとレンダリング手法の有効性を評価するため、研究者は15人の参加者を対象にユーザースタディを実施し、仮想テクスチャと実際のテクスチャを一致させる精度が最大90％に達したことを発見しました。多次元形容詞評価も、デバイスがモダリティ間で明確な触覚刺激を効果的に伝達したことを示しています。

数年前、カーネギーメロン大学の研究者は油圧ベースのハプティクスを開発³し、厚さわずか5mmでOLED画面に組み込むことで、タッチスクリーンの通知を物理的に感じられるようにしました。

この新しいディスプレイ技術により、ユーザーは通知へのより没入的でインタラクティブな方法で関与し、ボタンを押したりキーボードで入力したりできます。研究者によれば、プロトタイプ技術は音楽プレーヤー、ゲーム、電気自動車など他のデバイスでも動的インターフェースを実現できる可能性があります。

現在、バス大学の研究者は 応答性の高い新技術を開発⁴し、HydroHaptics と呼ばれる技術を開発し、タップや握りにも反応します。

なぜ油圧触覚は空気圧より優れているのか（HydroHaptics の解説）

柔らかく柔軟なインターフェースは独自の相互作用可能性を提供しますが、力覚フィードバックが限られています。ここで空気圧アプローチは応答性と精度が不足しているため適さず、マイクロ油圧ソリューションは入力が限定的です。

したがって、油圧システムは完璧な選択肢です。油圧システムは作動流体として液体を使用し、圧縮性が低く速度と出力の力と変位の精度が制限される空気圧アプローチとは異なります。液体はより高い精度とより応答性の高い出力を可能にします。

現在のインタラクティブ油圧モデルは主にマイクロ油圧を使用しており、制御性は向上しますが、体積の制限があり、インターフェースは小さなボタンに限定され、入力の柔軟性と形状の多様性に影響します。

油圧インタラクティブシステムを設計する際には、漏れ、バックドライブ性の制限、特殊部品の必要性にも対処しなければならず、実現が難しくなります。

そこで、研究者はHydroHapticsという新システムを作成し、油圧伝達を通じて変形インターフェース上で高忠実度のフォースフィードバックを可能にしました。このプラットフォームは柔らかいインターフェース上のフォースフィードバックの品質を向上させ、柔軟性、柔らかさ、入力の自由度という豊かなユーザー体験を維持します。

この技術にはいくつかの利点があります。まず、ブラシレスDCモーターで駆動され、ポンプ、バルブ、レギュレータが不要です。コンパクトモーターの入手容易性、低コスト、制御オプションを活用することで、研究者はHydroHaptics上でフォースフィードバック効果を作り出すことができます。

部品数を減らしてスケーラブルに設計することで、システムの漏れに対する感受性が低減し、より大きなインターフェースにも適応可能です。システムで使用されるほとんどの部品は市販品または3Dプリントです。

さらに、HydroHapticsは本質的に双方向であり、力入力の検知とフォースフィードバックの両方を可能にします。つまり、この新技術は人と保持または装着している物体との間で双方向通信を実現します。

これらすべての利点が組み合わさり、柔らかいインターフェース上でハプティック相互作用を探求し、新しい変形デバイスを開発するユニークな機会を提供します。

現在、HydroHapticsは密閉された油圧セルを備えたオープンソースシステムで、固定量の液体が入っており、圧縮不可能でセルの二つの柔軟な表面を油圧的に結合します。これにより、両面間で双方向の力が伝達されます。

線形機械アクチュエータがハプティックエンジンとして機能し、液体を変位させることでフォースフィードバックを提供し、変形インターフェースに力を伝達します。インターフェースを変形させるために、同じエンジンが変形インターフェースに加えられた力に応答して動き、油圧セル内の圧力を維持し、異なる剛性レベルをレンダリングできるように調整可能です。

このアプローチを使用すると、ユーザーは振動、鋭いクリック、変化する抵抗感を感じることができ、表面は自然な柔らかさと柔軟性を保ちます。どのように押したり、つまんだり、ねじったりしても、「これまで実現できなかったことです」と、Bath大学のコンピュータサイエンス博士課程の共同リーダーであるJames Nash氏は述べています。

したがって、個人は柔軟なコンピュータマウス、衣類、クッションなどのオブジェクトをつまんだり、タップしたり、ねじったりでき、例えば光を暗くしたり、画面に彫刻したり、テレビチャンネルを変えたりする表現豊かで意味のある方法で応答します。

ユーザー入力は内部圧力を監視することで感知することもできます。

「ユーザーからの入力はオブジェクトを介してシステムによって感知され、ユーザーは変形表面を通じてシステムのハプティック応答を感じます。」

– Bath大学コンピュータサイエンス部門の研究リーダー、Jason Alexander 教授。

このように、HydroHapticsは現在のアプローチでは実用的でない柔らかく変形可能なインターフェース上で独自のハプティック体験を可能にします。
HydroHapticsにより、研究者は日常的なアイテムとのタッチベースの相互作用に向けたエキサイティングな機会への扉を開いています。この技術はゲーム、ウェアラブル技術、医療シミュレーション、製品設計、その他の分野に大きく貢献できるでしょう。

人間とコンピュータの相互作用の次の波

Bath大学のコンピュータサイエンティストチームは、数週間前にACMユーザーインターフェースソフトウェアおよびテクノロジーシンポジウム（UIST ’25）でHydroHapticsに関する研究を発表し、論文は名誉賞を受賞しました。

現在の形態では、システムは円筒形で、上部にはシリコン製の変形ドームがあり、セルの上部表面が露出し、底部も柔軟なシリコン膜で密封されています。セルのすぐ下には圧力センサーとねじ式キャリッジがあり、DCモーターで駆動されています。

ユーザーがドームを押したり握ったりすると、水が変位し、下部の膜を押し下げて伸ばします。センサーは圧力上昇を検知し、それを対応するジェスチャーとコマンドにマッピングします。

触覚フィードバックを提供するために、デバイスはモーターでセルを下から圧縮し、ドームをユーザーの指に向かって押し上げ、振動、明確なクリック、または張力のあるプッシュボタンの感覚を作り出します。

HydroHapticsが微細なフォースフィードバックで相互作用を強化できることを示すために、チームは4つの日常的なアプリケーションに統合しました。

柔らかいシリコンドームを備えたフォース増強型変形コンピュータマウスで、ユーザーはマウス表面を押し変形させることで画面上のデジタルオブジェクトを彫刻できます。

柔らかさを保ちつつハプティックフィードバックを提供する小型インタラクティブクッション。HydroHaptic ポーチがクッションに組み込まれ、押したり握ったりするとスマートデバイスを制御します。

ストラップを通じて身体にフォースフィードバックを提供するバックパック。肩へのタップやプレスでスマートフォンの通知を届け、ナビゲーションにも利用できます。

3Dプリントされたフォース増強型ジョイスティックは、HydroHaptic 技術で改良され、ビデオゲームの没入感を高めます。ゲーム中にプレイヤーに緊張感、抵抗感、鋭い衝撃をシミュレートするハプティックフィードバックが提供されました。

これらのアプリケーションは、初めて柔らかく柔軟なインターフェースとオブジェクトに高品質のハプティックフィードバックを統合したことを示しています。チームはこの技術が幅広いインタラクティブデバイスで大きな可能性を持つと見ています。

「我々の実験は、柔らかいオブジェクトと意味のある方法で相互作用できる信頼性の高いシステムであり、私たちの生活と仕事の向上につながります。」

– Jason Alexander 教授

HydroHaptics の可能性を示す例として、彼はクッションに寄りかかっているユーザーがテレビ画面で起きていることと同様の物理的効果を感じると説明しました。例えば、テレビで凹凸のある道路を走る車の映像に合わせてクッションが振動したり、誰かが硬い壁に衝突したときにクッションが固くなるといった具合です。別の例として、バックパックの着用者はスマートフォンを使わずに、ストラップが肩に優しく圧迫してナビゲーションを案内します。

「これらは、この技術が近い将来私たちの生活に統合される多くの方法のうちのほんの二例に過ぎません。」

– Alexander 

技術の性能を評価するために、チームは高精度ロボットアームを使用した一連の技術評価とユーザースタディを実施しました。スタディでは、HydroHaptics がすべての効果で平均82.6％、最も顕著な効果で92.8％の識別精度で明確なハプティック効果を作り出すことを示しました。

他の研究チームも柔らかく変形可能なインターフェースに取り組んでいますが、局所的な感覚や低忠実度フィードバックのレベルを示すプロトタイプは作成したものの、HydroHaptics のスケール、精度、解像度には到達していません。

チームは、技術への関心が示すように、HydroHaptics 製品は近いうちに市場投入可能と考えています。「十分なリソースがあれば、1〜2年で製品化されても不自然ではありません」と Alexander 教授は述べました。

しかしもちろん、まずはハプティックエンジンを改良し、体積を削減して商業用途に適した形にする必要があります。

システムには技術的な制限もあります。論文が指摘するように、時間とともに油圧セル内に空気が捕捉されたり漏れたりし、性能が低下する可能性があります。さらに、高出力圧力は大きな電力を必要とし、熱問題を引き起こすことがあります。

ハプティックエンジンに関しては、チームのアプローチはそれが硬いことに依存しており、柔軟なチューブで分離できても、完全に変形可能なインターフェースでは常に接続されたままである必要があり、実現が難しいことがあります。研究は次のように述べています：

「HydroHaptics は、完全に変形可能なハプティックフォースフィードバックシステムを実現する長期目標に向けた意味のあるステップであり、将来の研究は硬い部品の数とサイズを削減することを目指すべきです。」

触覚技術への投資

Texas Instruments (TXN ) は 半導体大手 で、パーソナルエレクトロニクス、自動車、通信機器、産業、エンタープライズシステムなど、さまざまな市場向けにアナログおよび組み込み処理チップを開発しています。
TI はまた、ハプティクス業界の主要プレーヤーでもあり、ハプティックドライバ、タッチスクリーンコントローラ、消費者向けエレクトロニクスや産業製品で触覚フィードバックを生成するためのソフトウェアライブラリなどの統合ソリューションを提供しています。

Texas Instruments (TXN )

時価総額1605億ドルの TXN 株は現在 176.93ドルで取引されており、年初来で5.83％下落していますが、4月の安値からは26.4％上昇しています。TXN 株は実際、7月に 221.69ドルの史上最高値（ATH）に達しました。
Texas Instruments の EPS（TTM）は5.28、P/E（TTM）は33.46です。配当利回りは3.22％で、株主に提供されています。10月16日、TI は普通株式1株あたり1.42ドルの四半期現金配当を宣言しました。配当は先月4％増加し、22年連続で増配しています。

最近の業績（2025年第2四半期）: Texas Instruments は 報告 収益44億5,000万ドル（前年比+16％、前四半期比+9％）、純利益約13億ドル、EPS 1.41ドル。経営陣は第3四半期の収益を44.5億〜48億ドルと予測しました。フリーキャッシュフロー（TTM）は約18億ドルでした。

結論

ハプティクスの世界が拡大・成長する中、HydroHaptics は 私たちがテクノロジーで触れ、触れられる方法 におけるパラダイムシフトを表しています。柔らかく変形可能なインターフェースと精密なフォースフィードバックを組み合わせることで、デバイスや環境とのより豊かで自然な相互作用への扉が開かれます。

没入型エンターテイメントから医療トレーニング、スマートホームまで、この技術は人間と機械のコミュニケーション方法を再定義する可能性があります。

参考文献:

1. Han, T., Anderson, F., Irani, P., & Grossman, T. (2018). HydroRing: Supporting mixed reality haptics using liquid flow. In Proceedings of the 31st Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’18) (pp. 913–925). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3242587.3242667
2. Sanz Cozcolluela, A., & Vardar, Y. (2025). Generating multimodal textures with a soft hydro-pneumatic haptic ring. Elsevier BV. https://doi.org/10.2139/ssrn.5170637
3. Shultz, C., & Harrison, C. (2023). Flat Panel Haptics: Embedded electroosmotic pumps for scalable shape displays. In Proceedings of the 2023 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (Article 745). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3544548.3581547
4. Nash, J. D., Sauvé, K., van Riet, C. M., van Oosterhout, A., Sharma, A., Clarke, C., & Alexander, J. (2025). HydroHaptics: High-Fidelity Force-Feedback on Soft Deformable Interfaces using Hydrostatic Transmission. In A. Bianchi, E. Glassman, W. E. Mackay, S. Zhao, J. Kim, & I. Oakley (Eds.), Proceedings of the 38th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25) (Article No. 59). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3746059.3747679