Motion sensory integration assist system for training motion and sensory function of deep muscles

• Project/Area Number: 17H03195
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Tanaka Takayuki 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (10282914)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島谷 康司 県立広島大学, 保健福祉学部(三原キャンパス), 教授 (00433384) ; 栗田 雄一 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (80403591)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2019: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2018: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2017: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: 運動知覚アシスト / バイオフィードバック / 骨盤底筋トレーニング / 人間拡張 / アシスト技術 / 運動知覚 / ヒューマンインタフェース / 軽労化

Outline of Final Research Achievements

We have developed a wearable assist system for efficiently training motor and sensory functions by supporting the integration of movement and perception in deep muscles where movement perception is difficult. The pelvic floor muscle group (PFM) was treated as the deep muscle. We have developed an indirect motion teaching interface technology that utilizes PFM and muscle synergy of the abdominal lateral muscles and a wearable motion perception interface that uses force-tactile stimuli, and implemented them in a wearable system. We also designed a training program according to the individual's pelvic alignment. We conducted a subject experiment of PFM training using the developed motion perception assist system and verified its effectiveness.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

運動知覚が困難なPFMの効果的トレーニングのための運動知覚アシストシステムを開発した．トレーニング対象筋肉と筋シナジー関係にある筋肉の活動を用いて間接的にバイオフィードバックトレーニングを実現した．また，個人の骨盤アライメントを反映させた筋骨格動力学モデルにより，効果的なトレーニング姿勢を推定する手法を構築した．本研究成果は，特に女性に多く見られる腹圧性尿失禁患者の治療法である膣挿入型筋電を用いたPFMトレーニングに代わる画期的かつ効率的なトレーニング方法として活用が期待される．

Research Products

• [Journal Article] 個人適合した筋骨格モデルを用いた骨盤底筋強化のための最適姿勢導出 (2020)
  • Author(s): 若生知宏，田中孝之，島谷康司，栗田雄一，杉山好美
  • Journal Title: バイオメカニズム Volume: 25 Pages: 113-124
  • NAID: 130008065573
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Dynamic Tightening Force by Active Corset on Joint Stiffness and Lumbar Assisting (2019)
  • Author(s): YOSHIDA Michihiro、TANAKA Takayuki、KANEKO Yuto、TSUCHIYA Yoshio
  • Journal Title: Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers Volume: 55 Issue: 11 Pages: 683-691
  • DOI: 10.9746/sicetr.55.683
  • NAID: 130007748636
  • ISSN: 0453-4654, 1883-8189
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Individualization of Musculoskeletal Model for Analyzing Pelvic Floor Muscles Activity Based on Gait Motion Features (2018)
  • Author(s): Wakaiki Tomohiro、Tanaka Takayuki、Shimatani Koji、Kurita Yuichi、Iida Tadayuki
  • Journal Title: Journal of Robotics and Mechatronics Volume: 30 Issue: 6 Pages: 991-1003
  • DOI: 10.20965/jrm.2018.p0991
  • NAID: 130007535809
  • ISSN: 0915-3942, 1883-8049
  • Year and Date: 2018-12-20
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biofeedback for Training Pelvic Floor Muscles with EMG Signals of Synergistic Muscles (2018)
  • Author(s): Hasegawa Hikaru、Tanaka Takayuki、Wakaiki Tomohiro、Shimatani Koji、Kurita Yuichi
  • Journal Title: Advances in Physical Ergonomics & Human Factors Volume: N/A Pages: 403-410
  • DOI: 10.1007/978-3-319-94484-5_42
  • ISBN: 9783319944838, 9783319944845
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Modeling the Joint Stiffness Change by Pelvic Tightening Based on Alignment of Lumbar and Pelvis (2020)
  • Author(s): Michihiro Yoshida, Takayuki Tanaka, Yoshio Tsuchiya, Yuto Kaneko
  • Organizer: Advances in Intelligent Systems and Computing
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Coaching system of motion timing for a baseball batter using force stimulus (2019)
  • Author(s): Wataru Sakoda, Yuichi Kurita
  • Organizer: World Haptics 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Collaborative approach to medicine reduces anxiety in the wife of person with severe COPD (2019)
  • Author(s): Kazuya Sugihara, Koji Shimatani, Naohisa Hirata, Takahiro Taniyama, Miki Hirata, Tomoko Shimono, Midori Takagi, Yukari Syouda, Hiroko Takahashi, Masako Kido, Yasuji Tabe
  • Organizer: International Society of Physical and Rehabilitation Medicine World Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Influence of posture on respiratory metabolism in women with simulated pregnancy using the pregnancy external-diagnosis prosthesis (2019)
  • Author(s): Sugihara K, Shimatani K, Ikaruga Y, Kanbara S, Itabashi Y, Okita K, Shima K, Tabe Y, Tanaka T
  • Organizer: World Confederation for Physical Therapy CONGRESS 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 個人適合した筋骨格モデルを用いた骨盤底筋強化のための最適姿勢導出 (2019)
  • Author(s): 若生知宏，田中孝之，島谷康司，栗田雄一，杉山好美
  • Organizer: 第26回バイオメカニズムシンポジウム
• [Presentation] 間接的骨盤底筋トレーニングのための筋シナジー解析 (2019)
  • Author(s): 鈴木星斗，田中孝之，島谷康司，杉山好美
  • Organizer: 第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [Presentation] アシスト技術のユニバーサルデザイン (2019)
  • Author(s): 田中孝之
  • Organizer: 第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [Presentation] 空気圧ゴム人工筋を用いた腰部運動アシストにおける支援力の時間遅れが運動主体感に与える影響 (2019)
  • Author(s): 栗田雄一，常安孝輔
  • Organizer: 第37回日本ロボット学会学術講演会
• [Presentation] 筋の信号強度依存ノイズによる運動のばらつきを考慮したジェスチャ識別 (2019)
  • Author(s): 石橋侑也，栗田雄一
  • Organizer: 第27回インタラクティブシステムとソフトウェアに関するワークショップ
• [Presentation] 人工筋肉による力のアシスト・レジストを用いた主観的重さ感を変化させるハプティックスーツの開発 (2019)
  • Author(s): 岸下優介，栗田雄一
  • Organizer: 第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [Presentation] 相乗筋のEMG信号を用いた骨盤底筋へのバイオフィードバックトレーニング (2018)
  • Author(s): 長谷川 耀，田中孝之，若生知宏，島谷康司，栗田雄一
  • Organizer: 第36回日本ロボット学会学術講演会
• [Presentation] CareTechを支える軽労化技術 (2018)
  • Author(s): 田中孝之
  • Organizer: 平成３０年度富山県ヘルスケア産業創出事業 ヘルスケア産業研究会キックオフセミナー
  • Invited
• [Presentation] A soft exoskeleton suit to reduce muscle fatigue with pneumatic artificial muscles (2018)
  • Author(s): Kosuke Tsuneyasu, Ayumu Ohno, Yoshiyuki Fukuda, Kazunori Ogawa, Toshio Tsuji and Yuichi Kurita
  • Organizer: Augmented Human 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 軽労化技術で創り出す軽労化社会 (2018)
  • Author(s): 田中孝之
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Invited
• [Presentation] Individualization of Musculoskeletal Model to Analyze Pelvic Floor Muscles Activity (2017)
  • Author(s): Tomohiro Wakaiki, Takayuki Tanaka, Koji Shimatani, Tadayuki Iida, Yoshio Tsuchiya, Kazuya Sugihara and Yoshimi Sugiyama
  • Organizer: Digital Human Modeling Symposium 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pelvic deformation estimation based on analyzing gait (2017)
  • Author(s): Wakaiki Tomohiro, Tanaka Takayuki, Shimatani Kouji and Tsuchiya Yoshio
  • Organizer: 39th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 日常生活動作での個別筋力トレーニングのための骨盤筋骨格モデルの設計 (2017)
  • Author(s): 若生知宏，田中孝之，島谷康司，土谷圭央
  • Organizer: 第35回日本ロボット学会学術講演会
• [Presentation] 空気圧ゴム人工筋を利用した作業支援スーツのアシスト力設計 (2017)
  • Author(s): 常安孝輔，大野歩，福田克幸，小川和徳，辻敏夫，栗田雄一
  • Organizer: 第18回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [Presentation] 腰部の負荷を軽減するスマートスーツの開発 (2017)
  • Author(s): 田中孝之
  • Organizer: 計測自動制御学会ライフエンジニアリング部門シンポジウム2017
  • Invited
• [Presentation] 人の生活と仕事を支えるロボット~ 軽労化アシスト技術開発から見る未来 ~ (2017)
  • Author(s): 田中孝之
  • Organizer: KRIクライアントコンファレンス＆ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] Soft exoskeleton to augment sports activity and support healthcare (2017)
  • Author(s): Yuichi Kurita
  • Organizer: Italy-Japan Workshop 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Design of Human Machine Interface based on Understanding of Human's Motor and Sensory Capacitys (2017)
  • Author(s): Yuichi Kurita
  • Organizer: 28th 2017 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 筋肉を着るスーツによるスポ体験の拡張 (2017)
  • Author(s): 栗田雄一
  • Organizer: 繊維機械学会セミナー
  • Invited
• [Presentation] 力覚／触覚パワードスーツによる人の感覚運動機能の拡張とスポーツへの展開 (2017)
  • Author(s): 栗田雄一
  • Organizer: システム制御情報学会セミナー
  • Invited
• [Presentation] 持続的な成長を促すための運動アシスト技術 (2017)
  • Author(s): 栗田雄一
  • Organizer: 広島キワニスクラブ例会講演
  • Invited
• [Presentation] 身体性を考慮したヒューマンインタフェースの評価と設計への応用 (2017)
  • Author(s): 栗田雄一
  • Organizer: ImPACTプログラム合同ワークショップ ロボットイノベーションのためのヒューマン・インタフェース
  • Invited