痛みを感じる義手：振動刺激に基づく違和感フィードバックと人間らしい制御の試み
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20K20212
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 90130:Medical systems-related
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| Research Institution | Okayama University (2021-2022)
Ibaraki University (2020) |
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Principal Investigator |
芝軒 太郎 岡山大学, 自然科学学域, 准教授 (70711290)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 触覚フィードバック / 仮想反力 / 身体運動機能評価 / 生体信号インタフェース / 筋電義手 / 運動情報 / 感覚情報 / 身体動揺 / 双腕協調動作 / 感覚フィードバック / Virtual reality / 生体情報 / リハビリテーション |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，違和感の呈示という新しい感覚フィードバックの試みを行なうことにより，真に人の手に近い筋電電動義手を開発する．中でも痛覚の定量化とフィードバックに着目し，痛みを不快感として呈示可能な新たな感覚フィードバックモデルを創出して筋電義手の制御に応用する．開発する筋電義手では，単に5指を駆動するなどの機能を与えるだけでなく，自身が置かれている状況を視覚情報に頼らず正確に把握できることを目指す．さらに，義手で物体に触れた際の感覚をモデル化・義手の制御機構に組み込むことで義手処方訓練をより効果的に行える可能性がある．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，触覚フィードバックの新たな展開として仮想反力フィードバックモデルを新たに提案した．提案法は，LiDARセンサを用いて計測したロボット周囲の物体とロボットとの距離，速度，加速度から機械インピーダンスに基づく仮想反力を求め，その大きさを振動量に割り当ててフィードバックすることで物体との接触を操作者に直感的にフィードバックすることができる．実験では，前腕に4つの振動子を配置し，物体の方向に応じて提案法を用いて各振動子を振動させることで，操作者が視覚情報に頼ることなく周囲の情報を把握できることを明らかにした [2023 International Conference on Emerging Smart Computing and Informatics (ESCI2023)]．また，振動刺激が身体へ与える影響度を評価するため，足踏み時の身体動揺を例に，定常振動刺激が身体動揺を低減するメカニズムの解明を行った[Journal of Robotics, Networking and Artificial Life (JRNAL)]．ここでは，足圧中心の平均値と中央値を算出し，両耳介付近の振動の前後で身体運動が偏倚することを示した．さらに歩行時の運動評価へ応用し，等時間感覚による振動刺激が歩行を安定化させることを示した．
その他，身体運動評価のためのモニタリングシステムや筋電位信号で操作可能な小型義手型ロボットの開発などを行った．現在，振動刺激の組み合わせにより痛みに相当する感覚を錯覚させるフィードバックモデルについて検討している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
・仮想反力のフィードバックモデルにより視覚情報によらない環境情報の把握を実現できた点
・触覚刺激が身体動作に与える影響度を多角的に評価できた点
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| Strategy for Future Research Activity |
違和感フィードバックモデルの構築を進めるとともに，健常肢との協調動作を目指した義手と統合した新たな筋電義手の創出を目指す．
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Report
(3 results)
Research Products
(13 results)
