Digital Nature Group

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Digital Nature Group University of Tsukuba, Digital Nature Group
Research and Development Center for Digital Nature

本研究室は，ユビキタスコンピューティングの後に訪れる，計算機自然(デジタルネイチャー)に向けて，人と機械，物質性と実質性の間で，計算機応用のもたらす様々な選択肢を想定し，工学的に実装することで，産業・学問・芸術に至る様々な問題解決に挑戦し，新たな文化的価値の創成を目指します．

26/08/2026

超音波を片側から当てるだけで、音源から約40cm離れた空中に物体を浮かせて動かすことに成功しました。従来の片側方式の約6倍の距離です。

これまでの音響浮遊は、向かい合う音源や反射板の間に定在波を作り、音圧がほぼゼロの「節」に物体を挟み込む方式が主流でした。囲いのいらない片側照射でも、浮かせられるのは音源のすぐ近くに限られていました。

今回は逆に、ビーム中心の高音圧領域で物体を捕らえます。中心軸に高い音圧が細く集中したまま遠くまで伝わるゼロ次ベッセルビームを使い、この原理を空中で初めて実証しました。囲いのない空間で離れた物体を非接触で扱えるため、実験の自動化や立体ディスプレイなどへの応用が期待されます。

論文は Physical Review Letters に掲載（オープンアクセス）。
解説動画・論文・プレスリリースのリンクはコメント欄に。

Using ultrasound from one side only, we levitated and moved an object in mid-air about 40 cm from the source, roughly six times farther than previous single-sided methods.

Conventional acoustic levitation traps objects at pressure nodes between opposing sources or reflectors. We do the opposite: the object is trapped in the high-pressure region at the center of a zero-order Bessel beam, which keeps its narrow high-pressure core over a long distance. This is the first demonstration of this reversed principle in air, and it opens up non-contact handling of objects in open space, for lab automation and volumetric displays among others.

Published in Physical Review Letters (open access).
Links in the first comment.

頃安祐輔, Christopher Stone, 落合陽一, 星貴之, Bruce W. Drinkwater, 伏見龍樹
筑波大学 / University of Bristol / Pixie Dust Technologies

06/08/2026

🔬 「音の波で物を動かす」——科学の不思議を体験しませんか？

筑波大学 デジタルネイチャー開発研究センターが、今年も「サイエンスアゴラ2026」に出展します！

目に見えない超音波の力で、物体を空中に浮かせたり、音の強さを「見える形」にしたり…科学コミックのような体験が待っています！

■ 開催日程
2026年9月12日（土）・13日（日）

■ 会場
テレコムセンタービル（東京・お台場エリア内）

■ ブースで体験できる3つの実験

② 小さな発泡粒を自分の手で浮かせる『TinyLev』
③ 感熱紙に音のパターンが浮き上がる『音響ホログラム可視化』
④ 直径1cmの球が空中で止まる『大型物体浮遊』

シリーズ全体でかかる時間はおよそ5〜8分。各デモは独立しているので、興味のあるものだけ見てOK！

✅ 事前登録不要・入場無料
✅ 小さなお子さまから大人まで楽しめます
✅ 日英バイリンガル対応で海外からの方も歓迎です

詳細・展示の見どり方は公式サイトをご覧ください👇
https://digitalnaturegroup.github.io/agora_2026_website/

03/08/2026

Research Spotlight 2018 | Solar Projector

[An image projection system using sunlight via DMD, enabling a wide wavelength range beyond what LEDs can reproduce]

Existing displays and projectors using LEDs face difficulty reproducing ideal light with high brightness and a wide wavelength range like sunlight. To address this, we propose an image projection system that uses sunlight as a light source: a Digital Mirror Device (DMD) reflects concentrated sunlight to project images with natural light. This made it possible to project images using light in a wide wavelength range that cannot be reproduced by LEDs. By directly utilizing sunlight, it is possible to realize new projection harmonious with nature, such as applying it to photosynthesis of plants.

【DMDによる太陽光の反射を用いた、LEDでは再現できない広波長域画像投影システムの提案】

LEDを用いた既存のディスプレイや投影システムでは、太陽光のような高輝度・広波長域の理想的な光を再現することが困難であるという課題があった。この課題に対して、デジタル・ミラー・デバイス（DMD）が集中した太陽光を反射し、自然光で画像を投影する太陽光光源の画像投影システムを提案した。これにより、LEDでは再現できない広い波長範囲の光を用いた画像投影が実現した。太陽光を直接利用することで、植物の光合成への応用など、自然と調和した新しい投射を実現できる可能性がある。

Project page:
https://digitalnature.slis.tsukuba.ac.jp/2018/07/solar-projector_project/

Movie:
https://youtu.be/hul3u6iKDvc?si=BHqcFmRtfiGfGtA9

30/07/2026

Research Spotlight 2018 | Air Mount Retinal Projection

[An optical system proposal toward solving the common problems of retinal projection using a metamaterial mirror]

Retinal projection is required for xR applications, but existing proposals are generally fraught with narrow viewing angles and small eyebox problems due to the lenses and iris of the eyeball being in front of the retina. To address this, this technical report introduces ideas and samples of an optical system that solves these common problems using a metamaterial mirror (plane symmetric transfer optical system). This projection method could make the designing of retinal projection easier, and if appropriate optics are available, it would be possible to construct an optical system that allows the quick follow-up of retinal projection hardware. If general-purpose retinal projection methods are realized at low cost, there is also the possibility of reducing the weight of the projection unit itself from AR goggles.

【メタマテリアルミラーを用いた網膜投影の共通課題解決に向けた光学システムの提案】

網膜投影はxRアプリケーションに必要とされているが、水晶体と虹彩が網膜の前に位置するという眼球の構造上の制約により、既存の提案は視野角が狭くアイボックスが小さいという問題を抱えていた。この課題に対して、メタマテリアルミラー（面対称転送光学系）を用いることで網膜投影の共通問題を解決する光学システムのアイデアとサンプルを紹介する。この投影方法により網膜投影の設計が容易になり、適切な光学素子が利用可能であれば、網膜投影ハードウェアの迅速なフォローアップを可能にする光学システムの構築に至る可能性がある。低コストで汎用的な網膜投影手法が実現した場合、少ないエネルギーでの網膜への映像表示に加え、ARゴーグルからの投影ユニット自体の重量削減の可能性もある。

Project page:
https://digitalnature.slis.tsukuba.ac.jp/2018/04/air-mount-retinal-projection/

Movie:
https://youtu.be/4_jgxx-mV_o?si=y08QkQE-jSW57_VV

29/07/2026

Research Spotlight 2016 | Exo-Balancer : Design Method of 3D Printable Ergonomically Personalized Stabilizer

[A design method for personalized stabilizers optimized to user body data and moments of force]
Conventional stabilizers are designed to be mass-produced and not tailored to the individual, introducing a steep learning curve for action shooting. To address this, we present a design method of personalized stabilizers for shooting actions. Users input their body data, and the system proposes the suitable camera position by considering the moments of force of both the user and camera. The 3D-printable design allows personalized stabilizers to be fabricated for each individual.

【ユーザーとカメラの力のモーメントを考慮した個別最適化スタビライザーの設計手法】
従来のスタビライザーは大量生産を前提に設計されており、個人に合わせた調整が行われていないため、使いこなすまでに急激な学習曲線をもたらすという課題があった。この課題に対して、動作撮影用の個別スタビライザーの設計手法を提案した。ユーザーが体のデータを入力することで、システムがユーザーとカメラの両方の力のモーメントを瞬時に考慮し、ユーザーに合ったカメラの適切な装着位置を提案する。3Dプリント可能な設計により、個人に最適化されたスタビライザーの製作につながる。

Project Page: https://digitalnature.slis.tsukuba.ac.jp/2017/12/exo-balancer/

Movie: https://youtu.be/FVqE-FAXZYI?si=alnhNbyI7kDamsgp

10/07/2026

Research Spotlight 2017 | Sonoliards

[Sonoliards: A versatile, interactive system for simulating and generating dynamic sound fields via motion capture and 3D room modeling]

Considerable research exists on sound field simulation in the context of sound field design, but no dynamic applications adaptable to various environments had been developed. To address this, we propose Sonoliards, a highly versatile and interactive system that can simulate and generate an arbitrary sound field at a specific place by inputting the person's position and the room, using motion capture and 3D model data of that specific room. The system uses geometric information to simulate the reflection of sound on walls and ceilings, and delivers sound to a specific person by controlling a parametric angle speaker in real time. To evaluate the system's performance, we explain the method of generating its dynamic sound field and describe two experiments: (i) analyzing human factors, and (ii) expressing sound localization. Since the system can apply to surround speakers for moving people, we also conducted a second experiment expressing sound localization control by controlling the direction of the parametric speaker.

【モーションキャプチャと3Dモデルを用いた動的音場シミュレーションシステム】

音場シミュレーションに関する研究は多く存在するが、さまざまな環境に適応可能な動的アプリケーションは存在しなかった。この課題に対して、人の位置と部屋を入力することで特定の部屋のモーションキャプチャと3Dモデルデータを用い、様々な環境に適用できる相互作用システム「Sonoliards」を提案した。幾何学的情報を用いて壁や天井での音の反射をシミュレートし、パラメトリックアングルスピーカーをリアルタイムに制御することで特定の人に音を届ける。システムの性能評価として、動的音場の生成方法を説明し、（i）人的要因の分析、（ii）音源定位の伝達、の2つの実験を実施した。移動する人物へのサラウンドスピーカー応用が可能であることから、パラメトリックスピーカーの方向制御による音源定位制御を表現するもう一つの実験も行った。

Project page:
https://digitalnature.slis.tsukuba.ac.jp/2017/10/sonoliards/

Movie:
https://youtu.be/3peL1gXNybk?si=bziIszVp4mIG9Nkk

NEWS｜ZOZO NEXTと筑波大学 デジタルネイチャー開発研究センターはオノマトペを活用した衣服探索に関する共同研究を開始しました୨୧‥∵‥‥∵‥‥∵‥‥∵‥‥∵‥‥∵‥୨୧　　「さらさら」「もこもこ」など　　　　感性表現で服が探せる、...
09/07/2026

NEWS｜ZOZO NEXTと筑波大学 デジタルネイチャー開発研究センターはオノマトペを活用した衣服探索に関する共同研究を開始しました

୨୧‥∵‥‥∵‥‥∵‥‥∵‥‥∵‥‥∵‥୨୧
　　「さらさら」「もこもこ」など
　　　　感性表現で服が探せる、
　　新たな購買体験の実現を目指す
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実店舗において衣服を購入する際は、実際に触れることで質感や着心地を直接確認することが可能です。しかし、ECでは質感の確認が難しく、商品画像や素材表示、レビュー等を参考に推測するしかありません。令和3年度製造基盤技術実態等調査（国内外の繊維産業に関する調査）(※1)によると、オンラインで衣服を購入する際に「生地の質感などが確かめられない」ことに不安を感じる消費者は59.9％にのぼり、質感への不安が購買体験の質を低下させる要因の一つとなっています。

　こうした質感は、「さらさら」「もこもこ」といったオノマトペで直感的に表現できる一方、従来のキーワード検索には馴染みにくいという課題がありました。しかし近年、音声認識AIや生成AIをはじめとするAI技術の進化により、感性的な言葉を手軽に入力し、それをもとに自らのイメージを形にしていける環境が整いつつあります。オノマトペは言葉にしづらい質感の印象を短い言葉で捉えられる手段であり、AI技術と組み合わせることで個人の好みの印象に合った衣服の探索への応用が期待されています。

　本共同研究では、自らのイメージを形にするためにオノマトペなどの感性表現を用い、それを商品探索に活用することを目指します。ZOZO研究所が持つ衣服・布地のデータおよび着心地の数値化研究で得られた知見と、筑波大学 デジタルネイチャー開発研究センターが持つオノマトペを用いたWebインタフェース研究の蓄積およびAI活用の知見を組み合わせ、感性表現による衣服探索システムの研究開発をおこないます。

◉期待される研究成果◉
本共同研究を通じて、「さらさら」「もこもこ」といったオノマトペなどの感性表現と衣服の質感・触感情報を対応付けるモデル・データセットの構築、および感性表現による衣服探索を実現するUIの設計・実装に関する知見の獲得を目指します。将来的には、本共同研究で得られた技術を活用することで、ユーザーが自分の好みの印象や質感を言葉で表現するだけで理想の服に出合える新たな購買体験を提供し、購買時のミスマッチ低減とユーザーの衣服への満足度向上に貢献することを目指します。

▼プレスリリース全文
https://dnc.slis.tsukuba.ac.jp/news/post-493/

共同研究チーム
ZOZO研究所（ZOZO Research）: https://research.zozo.com/
筑波大学 デジタルネイチャー開発研究センター: https://dnc.slis.tsukuba.ac.jp/

09/07/2026

Research Spotlight 2017 | Ultrasonic Cuisine

[Ultrasonic Cuisine: A non-contact stirring method using acoustic radiation pressure from an ultrasonic phased array]
Devices using ultrasound have previously been devised to specialize in only one role. To address this, we propose Ultrasonic Cuisine, a non-contact stirring method using an ultrasonic phased array. The array lines up ultrasonic transducers on a 2D plane, electronically controlling the phase pattern of ultrasound from each transducer to form a focal point in air, where acoustic radiation pressure generates a force. Using this technology, we explore non-contact stirring of liquids and airflow generation at the focal point, applying these to food presentation and cooking methods. This work aims at generalization of aerial ultrasonic equipment — previously used for tactile presentation and super directional speakers — toward applications closer to everyday life.

【超音波フェーズドアレイの音響放射圧を用いた非接触撹拌手法「Ultrasonic Cuisine」】
これまで超音波を用いたデバイスは特定の一つの用途に特化して設計されてきたという課題があった。この課題に対して、超音波フェーズドアレイにより空気中に焦点を作り、その焦点で発生する音響放射圧という力を用いて液体を非接触で撹拌する手法「Ultrasonic Cuisine」を提案した。超音波振動子を2次元平面状に並べ、各振動子からの超音波の位相パターンをレンズのパターンになるよう電子制御することで空気中に焦点を生成する。この技術を利用し、液体の非接触撹拌や焦点での気流発生を通じて、食事を彩る演出や調理方法への応用を模索している。触覚提示や超指向性スピーカーなど多様な用途で使われてきた空中超音波機器の汎用化を目指し、より身近な応用を提案するものである。

Project page:
https://digitalnature.slis.tsukuba.ac.jp/2017/10/ultrasonic-cuisine/

Movie:
https://youtu.be/oijyHnpXvis?si=Ds3JgnIeAPWcq2A3

08/07/2026

Research Spotlight 2017 | Air Mounted Eyepiece

[Air Mounted Eyepiece: A wide field-of-view, high-resolution see-through HMD design method using a Transmissive Mirror Device]
Conventional optical see-through HMDs have relied on optical elements such as transmissive LCDs, half-mirrors, and waveguides, without fully achieving both wide viewing angle and high resolution. To address this, we propose Air Mounted Eyepiece (AME), a design method that employs an off-the-shelf HMD combined with a Transmissive Mirror Device (TMD) — used in aerial real-imaging systems — in place of conventional optical elements. We present a "virtual lens" with the same function as the HMD lens in front of the eyes; using TMD shortens the optical length between the virtual lens and the eye, providing an immersive, see-through image. We compare this design to previous half-mirror-based and convex mirror-based HMDs, construct a fabricated prototype, and discuss its advantages and limitations through simulations and experiments.

【透過型ミラーデバイス（TMD）を用いた広視野角・高解像度シースルーHMD設計手法「Air Mounted Eyepiece」】
従来のOST-HMD（光学シースルーHMD）では透過型LCD・ハーフミラー・導波路といった光学素子が採用されてきたが、広視野角と高解像度の両立は十分に達成されてこなかった。この課題に対して、空中実像システムに用いられるTMD（透過型ミラーデバイス）を従来の光学素子の代替として既製HMDと組み合わせる設計手法「Air Mounted Eyepiece（AME）」を提案した。HMDレンズと同じ機能を持つ「バーチャルレンズ」を提示し、TMDを用いることでバーチャルレンズと眼の間の光路長を短縮、シースルー性を保ちながら没入感のある映像を提供する。従来のハーフミラー方式・凸面鏡方式のHMDとの比較検討を行い、TMDベースHMDのプロトタイプを構築。シミュレーションと実験を通じて利点と限界を議論した。
Project page:
https://digitalnature.slis.tsukuba.ac.jp/2017/10/air-mounted-eyepiece-2/

Movie:
https://youtu.be/fvUzAeQL9uA?si=ItrMp9Kxu_zYv9dB
https://youtu.be/Yresz2ERxhs?si=cU0PSlQsLNkqoiHt

DNG in / 🇺🇸 ロサンゼルスにて開催される にて研究発表を行います◤￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣発表プロジェクト 👒🌾📍[Posters: Art & Design] Agriculture Punk: He...
06/07/2026

DNG in / 🇺🇸 ロサンゼルスにて開催される にて研究発表を行います

◤￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
発表プロジェクト 👒🌾📍

[Posters: Art & Design] Agriculture Punk: Hello World from Breadboard Farming

農耕とブレッドボードの操作的同型性に基づく田畑の計算機化ムーブメント「Agriculture Punk」と初実践「Breadboard Farming」

https://digitalnature.slis.tsukuba.ac.jp/category/news/
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SIGGRAPH 2026 : https://s2026.siggraph.org/
Period: July 19–23, 202
location: Los Angeles Convention Center (LACC), 1201 South Figueroa Street, Los Angeles, California

[Abstract]
Agriculture Punk is proposed as a movement toward the computerization of farmland, grounded in an operational isomorphism in which fields have long engaged invisible forces—such as the paddy deity housed in a scarecrow—through the insertion and removal of objects, just as breadboards route electricity through the plugging and unplugging of components; building on this analogy, the work presents Breadboard Farming as its first artistic practice, redesigning field implements such as scarecrows into electronic component-themed tools modeled on LEDs, capacitors, and jumper wires, deploying them across a rice field, a cabbage field, and a harvest festival to redescribe agricultural observation, situated judgment, local belief, and ritual through the vocabulary of electronics prototyping, and implementing a UWB/BLE system that estimates tool positions to form a virtual breadboard layer, thereby realizing breadboard-style connections across physical farmland and opening a technically grounded media-art practice between agriculture, ritual, and computation.

万物は計算している．農耕とは計算することそのものであり，田畑は計算機である．
田畑では古来より，カカシを挿し，そこに宿る田の神という不可視の力を迎え入れ，収穫の後にはこれを抜き，神を送り返してきた．ブレッドボードもまた，電子部品を挿し，抜くことで，電気という不可視の力を通わせる．
この2つの操作的同型性から，ここにAgriculture Punkを提案する．Agriculture Punkは，田畑を計算機化するムーブメントである．
その最初の実践として，Breadboard Farmingを提示する．元来から田畑にて挿抜してきたカカシや鳴子などの器具を，LEDやコンデンサ，ジャンパ線などの電子部品として見立て，器具そのものを再設計する．そしてこれらの器具を，水田へ，キャベツ畑へ，収穫祭へと持ち込む．
農業の観察も，現場の判断も，土地の信仰も，儀礼も，そのすべてを電子工作の語彙で語り直す．さらに，器具の位置をUWB/BLEによって推定することで，田畑の上にブレッドボード的な結線を実現するシステムを実装する．
農業と，儀礼と，計算のあいだに，メディアアートの実践をここに切り開く．

[Detail]
Session date: Sunday, 19 July -Thursday, 23 July, 2026
Session time: 9:00am – 5:30pm PDT
Location: West Hall Lobby
Program：https://s2026.conference-schedule.org/presentation/?id=pos_269&sess=sess445

Project page: https://digitalnature.slis.tsukuba.ac.jp/2026/07/agriculture-punk/

住所

茨城県つくば市春日１−２　筑波大学
Tsukuba-shi, Ibaraki
3058550

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