はじめに
こんにちは、HAL編集部です。今回は人間拡張技術の研究に取り組む研究者および大学・大学院教授の方を対象としたインタビューを発信します。今後も、人間拡張領域の研究開発を行う方々へのインタビューを掲載予定です。
本記事に掲載する内容は、インタビューした当時の内容を元に構成しております。インタビュー対象者の個人情報や研究内容などに対し、当社の許可なく転載や盗用、第三者機関への利用・譲渡などは一切禁止しています。掲載内容に対しての質問・お問合せは当社編集部までご連絡くださいますようお願い申し上げます。
石塚裕己助教のご紹介
プロフィール
大阪大学大学院基礎工学研究科機能創成専攻
生体工学領域 大城研究室 助教
所属学会
日本機械学会，計測自動制御学会，日本VR学会
（石塚裕己助教のサイトより引用）
主な研究内容
- 触覚ディスプレイ
- ソフトアクチュエータ
- ソフトセンサ
- 有限要素解析による皮膚変形シミュレーション
- 食材切断に関する考察
- 可食センサの開発
※上記サイト掲載から引用 ｜詳しい研究資料は以下
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「人間の体を機械で再現する」機械と触覚の研究
「まずは石塚先生が取り組まれている研究やその経緯について、お聞かせいただけますか？」
私は元々機械系の学科が出身で、空気圧ロボットや磁性材料を使ったアクチュエータに関する研究を行ってきました。これらの研究の一つの出口としてユーザーインタフェースというものがあり、たまたまそれに関する博士論文を書きました。このような背景もあり、今もですが新しいセンサやアクチュエータのような機械を作りたい気持ちが強いです。
ユーザーインタフェース は人間を対象にするため、人間の身体構造について考えることが多くありました。人間の体には機械のような部分が多く存在しています。筋肉もそうですし、口や目もそうです。当然ではありますが、触覚にもそのような部分が存在しています。そう考えると人間の体、特に触覚を機械で再現する方向性も一つあるのかなと思うようになり、近年ではその研究をしています。具体的には、生体を模した触覚センサを作っています。触覚受容器は皮膚の中で下から生えたような構造になっています。そういう構造を模倣したセンサを作りたいなとずっと考えています。そのために、ソフトロボティクスの分野でよく使われるシリコーンゴムの中に、液体金属を流し込んで、神経の構造を模倣するようなことを試みました。将来的には指を作れればいいなぁと思っています。
また、デバイスを作るだけでは、人間のことは分からないので、人間のことを知るための研究も行っています。例えば、人間の感性を測るための実験（人間の知覚特性）に取り組んだこともあります。加えて、有限要素法解析を用いて皮膚をシミュレートする研究にも取り組みました。我々は普段意識していないですが、人間の皮膚は、組織が層状に重なった構造で、その中に小さいセンサのような触覚受容器が密に配置されています。この構造や機能について何か解明することができればと思っています。この触覚受容器は人間以外の動物にも存在しています。例えば、アシカは髭を使って鼻の上にボールを乗せる芸ができるそうです。人間以外の動物も触覚受容器を活用して器用な動作を行っており、そういうのも研究できればいいなと考えています。それ以外にも脳活動の機能を解明するための実験を企業と共同で進めていたりします。
これまでの話はどちらかというとセンシングに関する研究でした。一方で、ディスプレイする研究についても興味を持っています。特に、物の質感を通じて再現する研究に取り組んでいます。世の中的に触覚を伝える装置と言えば、スマートフォンやゲームのコントローラーがありますが、樹脂製の筐体の中でアクチュエータが震えているという感じです。特殊な装置を作って頑張れば、7割くらいで物体の触感を再現できるという報告は多くあります。これを頑張って9割以上に引き上げることができればと思っています。夢は、子どもが触った時に「わぁ○○の感じがする！」と言ってくれることです。その目的のために、上手く新しい材料、液体金属材料や低沸点液体、あとは導電性インクのような材料を織り交ぜながらアプローチしています。
それ以外にも長らく道具を使うことに関する研究もやりたいと考えています。中々行えていないのですが。過去に、包丁を用いて食材を切断した際に感じる触感について研究したことがあります。香川大学で勤務していた時に料理が趣味だという学生がいました。卒論に趣味の料理を使えないかということで、切断時の触感分析を行いました。実際、大根と人参でも切断時の感覚は違いますし，豆腐ならば猶更違う。官能評価だけでなく、加速度センサや力センサといった計測技術を駆使して、切った際の感覚の分析に取り組みました。
ここまでだと真面目なことを言っているように思えますが、上記の研究はお金がそこまでかからないからという理由でやっているということがあります。昔、予算が全くない時期がありました。当時、研究室を運営する必要もありまして色々お金が必要でした。例えば、実験に必要な部品や装置を買うための費用、学生や自分の出張のための旅費も必要です。あとは論文掲載費を払わなければいけない場合もあります。実は学生の時に予算をとった経験が一度もなかったんです。そうなると、なるべくお金をかけなくても研究ができる方法を考えないと研究ができないと。お金に困らず研究できるならもっと違うことをやっていたかもしれません（笑）
今あるものではなく、無いものを作り続けること
「以前私たちが別の研究者に伺った話です。『高価な人間拡張デバイスが世に普及するほど貧富の差も広がるのではないか』という観点で、安価な素材を使い、簡易な機構設計をし、プロダクトを作る過程に主眼を置く方がいらっしゃいました。その方の研究スタイルは我々にとってとても印象的でしたが、石塚先生はこの点に関してどのように思われますか？」
私は自分の役割は逆だと思っていまして、新しい機構や構造を提案することや、高価なデバイスを作ることだと考えています。今できていないことをできるようにするためには、今は実現されていないものを作り出すという考えもあり、そのためであれば予算がある間は無理をしてでも作っていこうと考えています。そのため、基本的には役に立つか怪しいものを作っています。それで良いのかとたまに思うこともありましたが、神戸大学の永野先生と飲み会をした時に「1000個くらい作って1つでも大当たりすればいいじゃないか」と言われ、そんなものかと。ですので、私は今あるものではなく、今ないものを作って頑張っているという感じです。実は、逆に今あるもので何か作るというのはあまり得意ではないので、そのようなことも出来るようにしていきたいというのが本音ですが。
「石塚先生の研究スタイルは、斬新な研究テーマを０から思い付くのか、それとも何かしら既存の研究テーマがあり、その研究プロセスを変えていくものなのか、どちらのイメージに近いのでしょうか？」
私は『ある日、突然天啓を受けたから研究をしている』と人によく言うんですけど（笑）。朝早く起きて出勤したくないならば大学の教員になればいいと、嘘みたいな本当の話なんですが。研究もそのようなノリでやることが多いので、やり方は前者に近いと思います。例えば、とある材料や構造があった時に「何かに使えないかな」「こんなことが出来るかな？」と考えていて、研究になりそうであれば取り組んでみる感じです。この思い付きを天啓だと思って喜んで研究しているわけです。
「では完全にボトムアップの研究スタイルですね。」
そうですね。私はトップダウン型では無いので間違いないです。多分そのような環境にいたことが無いからだと思います。いつもフリーランスみたいな感じで研究をしてきたからだと思います。そういう意味で何事も薄氷を履むが如く取り組んでる感じです、論文執筆も予算獲得も。大型のプロジェクトの場合だと、プロジェクトの目的があってそれを達成するような研究を行うので、そういう場合はトップダウンになるのかと思います。このようなプロジェクトは、ふんわりとした大きな目標があって、それを達成するための研究がたくさん走っているように見えます。
「石塚先生の研究テーマに関する発想は、どこから来ているのでしょうか？是非伺いたいです。」
本当に思い付きなんですよね。強いて言えば、適当に論文を読むことや、物をよく観察しているところから来ているかもしれません。あとは、関係ないものと関係ないものとの間に関係性を見るみたいな、そのようなことをやっている気がします。それを無意識にやっているので「天啓を受けたんだ」とか、よく分からないことを人に言っている可能性があります（笑）。あまり天啓と言い過ぎると変わった人だと思われる可能性がありますが．．．
「なるほど。石塚先生の中に蓄積されたものが、突然、結びつくようなイメージでしょうか？」
そうですね、結びつけるのか、結びついているのかは分からないですが、そのような感じです。私の卒業研究が、ドライアイスを使ってコンプレッサを作る研究をパワードスーツに応用する研究でして。
ドライアイスを使ってコンプレッサを作る点は東工大にあった北川研究室のアイディアでしたが、アイディアの良さに感心したことがありました。成程、関係が無いものでも上手く使えれば新しいことができると非常に感心して、そのような研究をやりたいと思って10年くらい研究をやっています。最初の頃はそんなことばかり考えていたので、アイディアというのは中々出てくれません。というのも、要素を上手く繋ぐためには、使える知識が多く無いといけません。知識が増えてくればそんなに苦ではないのですが。今は経験が蓄積できたので、何とでもなるなという気持ちではあります。これからも色々なものを繋げていきたいですね。
少し話は変わりますが、最近、本を読んだりして仏教が面白いなと思うんです。『重々帝網（じゅうじゅうたいもう）』という言葉がありまして、結局、世の中のものは全部繋がっているんだという意味の解釈をしています。研究にも通ずる概念だと思う一方、他にも仏教には研究に通ずる部分があるので興味があったら勉強してみて下さい。
研究をビジネス展開する側面
「プロダクトを作りたいと思われたことはありますか？」
残念ながら今は無いです。私は学生時代に機械工学を学んでいて、授業の中でも機械の耐久性について学ぶような授業がありました。その中で、どの程度機械を使うと摩耗するのかということを算出するような内容がありました。こういうのを思い出すと、プロダクトは安全性や耐久性を相当考慮して作られているなと思うんですよね。その辺りまで考慮して研究するのは、自分のスタイル的には相当難しいと思います。
プロダクトに近いものを作った例としては、（前段で紹介した）脳活動を調べる研究で使ったデバイスがあります。当初友人から、「石塚先生が持っている技術で何とかしてくれないか」と言われましたが、環境の特殊性、保守性や耐久性を考慮すると、自分で独自に作製する部分は減らしたいなと。私がデバイスを使うということではないので、どの環境でも必ず動作して、壊れても現場で直ぐに直せることが必要になります。そのため、敢えて市販品を選定してデバイスを作りました。お陰様で実験もそれなりに上手くいって、部品を作っているメーカとも仲良くなれたので、次の実験に向けてこちらの仕様を満たす製品を製造してくれることになりました。実験でも考えることが多いわけですから、売り物だと考えることはもっと多くなるなと。研究用のデバイスとプロダクトには恐らく壁が幾つもあって、物が複雑になるにつれて越えるべき壁が多くなっていくので私には無理だと思っています。他の大学の先生に飽きっぽいって言われていますし．．．
「確かに保守という面でも、特殊な部品を使えば、入手するまでに時間がかかって対応が遅れることもあるでしょうし、考えなければいけないことが多いですよね。」
そうですね。ビジネス展開できるようなものが中々ないのですが、先ほど紹介した脳活動を調べるデバイスは市販のもので作製しているので売ることはできます。似たようなカテゴリの市販品よりも性能はいいそうですが、比べたことが無いのでわかりません（笑）
「先生は共同研究もされていますが、企業と連携することはありますか？」
企業は最近増えてきました。ユシロ化学工業さんの自己修復材料ですね。ユシロ化学工業さんからは「（自社で）材料を作ったけれど使い方が分からないので、何でもいいから使っているところを見せてくれ」と、その点を期待されています。企業の方も協力してくれて一緒に研究を進めて学会発表等もできました。あとはアラヤさん。こちらは、研究していた友人がアラヤさんに参画されたので、共同研究する流れになりました。
皆、得意・不得意があるので、皆さんができないところを私が解決できるなら、是非一緒に仕事ができればと思っています。ユシロ化学工業さんは作った光造形用の自己修復材料の使い方があまり見当たらなかったそうですが、これを使えば安価な光造形式の3Dプリンタでも空気圧ソフトアクチュエータが作れてしまうというアドバイスをしました。これはまさにパワードスーツのような人間拡張でも使われる技術ですね。
「私たちも多様な業種の企業様から相談が来ますが、その中でも”技術はあるけど使い方が分からない”という相談が９割程度です。」
エンドユーザーのことが分からないと、技術の使い道が分からないですよね。（ソフトアクチュエータも）元々この材料が欲しいという話だったのですが、企業側としては私のような人に何かを作ってもらい可能性を見せてくれるだけで助かると言われました。
「『これを実用化したい』という企業から声を掛けられるキッカケは、やはり論文が多いのでしょうか？先生の場合はいかがでしたか？」
一般的には、論文や専門的なサイトの記事からだと思います。私の場合には知名度がそこまでないので、「こういうものを作りませんか？」と企業に声をかけてやりとりしていくうちに話が広がってそうなりました。今では向こうもやる気があって、2023年1月頭から、企業で次の研究に向けたミーティングをすることになりました。
これからの触覚研究について
「研究室の中で研究を完結される方が多いのかと思っていたのですが、実際は共同研究をされる方が多いのでしょうか？」
場合によると思います。必ずしも完結してないとは言い切れないとは思いますが、個人の気質にもよると思います。先程も言いましたが、私はフリーランス研究者みたいなものなので、誰とでも研究をするスタンスですね。研究の太いバックグラウンドが無いのとアイディアを上手く繋いで研究したいという考えがあるので、なるべく色々な研究者と共同で研究することで色々と吸収していこうと思っています。実際に、学生の研究も他の研究室の先生方を交えながら進めていたりもしています。友達が多いと困った時に助けてもらえるかもしれないので、これはある意味生存戦略でもあります（笑）。研究室自体が大きく教員や博士学生がたくさんいれば、このようなやり方をする必要はないかもしれませんが。私のようにフリーランス研究者みたいなノリでやっていると、しっかりとした体制を組んでいる研究室には正攻法では勝てないので。そうなると外部の方達と協力したほうが、文殊の知恵と相互作用でやってみるのがいいかなと。
「これから取り組んでみたいと思う研究や発想段階にあるテーマはありますか？」
今は、『JSTさきがけ』のプロジェクトを頑張って進めないといけないと思っています。やはり人間の指を作りたい気持ちは大きいので。あとは道具の研究もやりたいのですが、これは中々アイディアも人もいないので進めることができていません。
「触覚って色な部位があると思いますが、先生が着目されるのはやはり指なんですね。」
ある面接の時にも「なぜ指が良いんですか？」と聞かれました。人間の皮膚は場所によって神経の数が違います。なので、楽をしたければ肘や腕みたいな神経密度が薄い部位を対象にした方が良いと思うんですよ。とはいえ、一番身近な皮膚と言えば、神経が密に配置されている指になります。我々人間は指を日常的に使って活動しているわけですが、この指を機械化することや再現すること、上手く情報を伝えるような方法は未開であると。身近なところに、こんなに面白い研究課題があるのか、と常々思っていますね。
「触覚研究は、現在色んな研究室で研究されており、盛り上がっている印象ですが、触覚の技術的なハードルはどのようなところなのでしょうか？」
現在の技術で出来ることは大枠分かっているように思われるので、そこから飛躍できるような技術が出てこないとビジネスとして更に発展することは難しいと思います。人に触られている感覚を再現するのであれば、振動情報を使うだけで出来ると言われていますが、質感の話になると技術的にも飛躍的に難しくなると。先にも述べましたが、7割くらいならば触感を再現できると報告はされていますが、7割でどの程度ユーザーが満足してくれるかはわかりません。実用化するためにはこれで十分なのか？あるいはそうでないのか？再現度合いを更に向上させることをめざすのであれば、他にも色々と解決すべき課題はありますが、一つの課題としてセンシングやアクチュエーションの技術を発展させないといけないのではなかろうかと思い、私も日々研究を頑張っているのですが中々難しいです。
視覚や聴覚については、特に何の違和感も無く、情報を記録したり伝達したりする方法が確立できています。しかし、触覚はまだ無いです。だからそこを上手く作りたいんですが、そのために役立つ技術を作っていければと思っていますね。材料も進化しているので、そういうのを上手く使っていけば何か作れるかもしれない。恐らく色々な分野の知見が必要になってくるのではないかなと思います。
「”まだ無い”ということは、私たちから見ると、これからの発展が楽しみだとも感じました。貴重なお話を聞かせていただき、ありがとうございました。」
研究と社会との溝 – HALの考察
閑話
私たちHALにとって、視覚や聴覚より未知の世界である触覚。今回は、様々な感覚研究が成されている中で、触覚は、まだ再現性が確立されていない分野だということを、専門的な知見から伺い知ることができました。以前HALでも取り上げた”安価で手軽に作る”とは真逆の「ないものからないものを作る」というスタイルは、前者のビジネス的な展開をする上で検討すべきことに対し、新たな発展や技術力の向上という意味で模範となる取り組みだと感じました。また、研究において「駆動の再現性」を意識する方は多いように感じる一方、「感覚の再現性」の観点で考えるところも稀有なように思います。
役に立たないものを1000個作れば、1個はブレイクスルーする可能性があるというお話も、私たちから見ると実に研究者らしい印象を受けました。様々な方が研究を進められているお陰で今日の技術発展があると思うと、感銘を受けると同時に、技術が世に出る前に、このような取り組みを知り難いことに対してもどかしさも覚えました。
本記事には掲載できませんが、他にも面白い研究に従事されている先生方のお話も石塚助教から伺うこともでき、あまり知られていない研究の存在にワクワクしました。今後もHALから人間拡張やそれに繋がるユニークで新しい技術を紹介できたらと考えています。
「再現性」の社会的な水準とのギャップ
触覚における最大の課題であろう「再現性」は、少しずつ前進しているものの皮膚の構造やブレインテック、センサやアクチュエータなど、様々な分野からの検証・アプローチが必要であり、未だ確立されていないことが窺えます。ロジカルな研究ももちろんですが、石塚先生のようにラテラルに研究をするアプローチも必須だと考えます。石塚先生のアイディア出しのスタイルは、研究という営みの捉え方を再考でき、ビジネスにおいても参考になると思いました。
残念ながら、「再現性」が社会においてどのレベルに到達すれば認知されるのかは明確な基準、つまりそれを評価する仕組みや体制があまり樹立していません。万人から意見を集めて証明するのであれば、アンケート調査など体験してもらって証明する統計的手法を思い浮かべますが、それ以外の妙案が思いつきづらいように思います。
だからこそ、研究成果と社会での活用の間にある「再現性」のギャップが埋まることによって、研究が世の中に羽ばたくことができるのではないでしょうか。同時に、そこには研究の深度や客観性が必要になるため、1人で研究するには限界があるということも垣間見えました。
第三者がその研究成果を「再現性」を以って体験できないことには、社会的資産にはなりづらいのではないかと私たちは考えています。
