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SorTale: 小型群ロボットによる物語を通したアルゴリズム学習支援手法の提案

これまで，タンジブルユーザインタフェース（TUI） とストーリーテリングを用いた様々な初学者向けの学習支援システムが提案されてきた．本研究では，小型群ロボットを用いた人形遊び的な物語を通して，初歩的なアルゴリズム学習を支援するシステム「SorTale」を提案する．小型ロボット上にオブジェクト（フィギュア）を装着し，ロボットの動きやユーザの操作で構成される物語を体験する過程で，自然とソートアルゴリズムに興味を持てるよう配慮する．

物語例：木と太陽

「ある森では，木たちが一列に並んでいました．その森に，太陽が昇り，光が差し始め，木たちは太陽に向かって歩んでいきます．しかし，背の高い木の後ろでは，低い木はよく光が当たりません．そこで背の高い木は，光が見られるように，場所を交換してあげます．これを繰り返していくと，みんなが光を浴びることができました．」
「木と太陽」の物語におけるSorTaleの外観

動作例

発表

SorToio: 小型群ロボットを用いたアルゴリズム学習支援システムの提案

近年，プログラミング教育の早期化にともなって，小学生でも理解しやすい工夫を行ったプログラミング教材などが開発されてきた．その中でも，手に取って扱えるタンジブルなオブジェクトを使ったプログラミング手法が多数提案されている．一方で，ソートや探索のアルゴリズムを学習するためのタンジブルなシステムは少ない．
そこで本研究では，小型の群ロボットである toio を物理的に動かすことで，データ構造やアルゴリズムの学習を支援するシステム「SorToio」を提案する．各ロボットに値を持たせ，ロボット 1 台を定数，それらの並びを配列として扱うことで，配列内の要素の比較や交換をロボットの動作で表現することが可能になる．このシステムを用いて，データ構造やソートアルゴリズムなどを分かりやすく可視化する．

バブルソートの図解と実行の様子

発表

  • 板垣 智也, 塚田 浩二. SorToio：小型群ロボットを用いたアルゴリズム学習支援システムの試作. 情報処理学会研究報告, 2026-HCI-217(4), pp.1-8. 2026-3. [PDF]
  • Tomoya Itagaki and Koji Tsukada. SorToio: Learning Support System for Algorithm using a Small Swarm Robot. In Adjunct Proceedings of the 38th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST Adjunct ’25). Article 53, pp. 1–3. 2025. https://doi.org/10.1145/3746058.3759005 [PDF]
  • 板垣 智也, 塚田 浩二. SorToio: 小型群ロボットを用いたアルゴリズム学習支援システムの提案. 日本ソフトウェア科学会 WISS2024 予稿集, デモ発表 3-A08. 2024-12. [PDF] 【対話発表賞（一般）】

小型ロボットとテクスチャを組み合わせた情報提示手法

近年，複数台の小型ロボットを用いることで生活空間においてユーザをサポートする研究が行われているが，筐体サイズ等の制約で拡張性に欠ける課題があった．そこで本研究では，複雑な機構や制御を必要としないテクスチャに着目し，複数台の小型ロボットと交換可能なテクスチャを組み合わせた情報提示手法を提案する．さらに，小型ロボットとテクスチャのデジタルツインを仮想空間上に作成し，例示プログラミングを用いて小型ロボットの形状や動きを調整／探索可能な支援ツールを構築する．本システムを用いた性能評価とワークショップを通して，基本的な性能や課題，応用可能性を確認した．

小型キューブ型ロボット toio を使用して実装を行った．利用例の一つを右図に示す．あらかじめ決められた時間になると小型ロボットがユーザの腕に向かって移動し，最初はなだらかなテクスチャで，徐々に鋭く刺激の強いテクスチャで刺激を与える．

発表

  • 家山 剣, 塚田 浩二. 小型ロボットとテクスチャの組合せによる情報提示の探索. 情報処理学会論文誌, Vol.66, No.12, pp.1692-1704. 2025-12-15.  https://doi.org/10.20729/0002006324 [PDF]
  • 家山 剣, 塚田 浩二. 例示プログラミングを活用した小型ロボットとテクスチャを組み合わせた情報提示手法の探索. 情報処理学会研究報告, 2025-HCI-212(8), pp.1-8. 2025-3. [PDF]
  • 家山 剣, 塚田 浩二. デジタルツインを活用した小型ロボットとテクスチャを組み合わせた情報提示手法の探索. 情報処理学会 インタラクション2025論文集, インタラクティブ発表, 2B19, pp.701-704. 2025-3. [PDF]
  • 家山 剣, 塚田 浩二. 小型ロボットとテクスチャを組み合わせた情報提示手法の提案. エンタテインメントコンピューティングシンポジウム2023論文集, pp. 262-269. 2023-09-02.  [PDF]  【特選セッション発表認定】
  • 家山 剣, 塚田 浩二. 小型ロボットとテクスチャを組み合わせた情報提示手法の提案. WISS2022予稿集, デモ発表, 2-B16. 2022-12. [PDF]
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