| Project/Area Number |
21H04911
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 61:Human informatics and related fields
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| Research Institution | Advanced Telecommunications Research Institute International |
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Principal Investigator |
野田 智之 株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 脳情報通信総合研究所, 主幹研究員 (30588661)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
仲田 佳弘 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (80720664)
川上 途行 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (80424133)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥42,250,000 (Direct Cost: ¥32,500,000、Indirect Cost: ¥9,750,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
Fiscal Year 2022: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
Fiscal Year 2021: ¥15,210,000 (Direct Cost: ¥11,700,000、Indirect Cost: ¥3,510,000)
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| Keywords | 外骨格ロボット / アクチュエータ / インピーダンス / 外骨格型ロボット / ニューロリハビリテーション |
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| Outline of Research at the Start |
ロボット技術を活用したリハビリテーションに高いニーズがあるその一方、ロボットと療法士とは明らかに動きの質が異なる。熟練療法士は身体特性を検知しながら力加減の調整をしており、筋の触診・身体の支持・動きの検出を同時に行っている。このような熟練療法士の技能や運動介入の定量化とモデル化は実現されていない。本研究では、麻痺の動きの質の定量化と熟練療法士の介入技能を解明するため、抗重力下の挙上運動アシスト中に力学的に透明にアシストできる技術を開発し、インピーダンスを評価するとともに熟練療法士の介入戦略をモデル化することでニューロリハビリテーションの高度化を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
上肢挙上運動においては、特に中度から重度麻痺の患者に対する挙上運動に対して、安全かつ適切な力加減を実現することが必要である。当該年度の研究実施では、上肢肩挙上を支援するために新規に開発された空電ハイブリッドアクチュエータが開発された。アクチュエータ単体での摩擦の物理的なモデル化と補償制御を開発し、従来の物理モデルを改良した新規性の高いモデルを開発し、ベンチマーク試験システムによって性能が評価された。これらは、IEEEのTMECHにアクセプトされるなど、学術的なインパクトにも繋がった。また、アクチュエータの力加減を調整可能にする技術として、プレスリリースを通じて公表し、革新性をアウトリーチした。この技術は、融合型ハイブリッドアクチュエータとしてコンセプト提案を行った。これらの研究開発により、この技術が力強さと繊細さを兼ね備えており、多様な接触条件を模擬した実験でその高い性能が実証された。本研究により、空気と電気を用いたアクチュエータの融合により、接触点における外乱に対する力制御の能力が向上することが示された。また、上肢肩ロボットに搭載するためのセンシング
以上により、「融合型ハイブリッド」という新たなコンセプトが提案され、学術的なインパクトにつながった。さらに、臨床実証においても、脳卒中片麻痺患者の挙上訓練を目的とした実験の症例集積も進展している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該研究の目標は、抗重力下の挙上運動中の関節インピーダンスを評価するため、動きの外乱に対して理想的な力やインピーダンス制御が可能なアシスト技術を開発することである。当該年度の研究実施により、新たに開発された空電ハイブリッドアクチュエータは、上肢肩挙上を支援する技術として動きの外乱に対して、力制御の精度が向上しており、駆動システムが有用であることが示された。このアクチュエータはリンク系の駆動を効率的に行うため、モデル化とベンチマーク試験システムを用いて評価が行われた。評価結果に基づいて、アクチュエータの力加減を調整可能にする技術が開発された。これらをプレスリリースによってその革新性を広く公表し、特許出願も行った。また、ロボット駆動技術に関しては、新技術が力強さと繊細さを兼ね備えていることが、多様な接触条件を模擬した実験において実証された。これにより、空気と電気を用いたアクチュエータの融合による外乱に対する力制御の向上が明確になった。この進展は、「融合型ハイブリッド」という新たな設計コンセプトの提案に繋がり、このコンセプトは学術的にも、IEEE TMECHに採択されるなど、学術的のインパクトに繋がった。臨床実証の面では、脳卒中片麻痺患者を対象にした挙上訓練のための症例集積が順調に進んでおり、肩挙上動作のアシストの個別性に適応するパラメータ調整などが検討されている。これらの成果は、学会発表などを通じて公表した。以上により、当該年度の計画に必要なマイルストーンを達成しており、順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で開発された空電ハイブリッドアクチュエータの技術は、上肢肩挙上支援において有効であることが示されており、アクチュエータの制御系のさらなるモデルの改良と最適化を進めることが必要である。現状は、アクチュエータ単体での制御であり、これをリンク系に組み込んだ際の、ダイナミクスの補償などについて検討を進める。実際の臨床環境を模した条件を取り入れ、ベンチマーク試験をさらに開発することで、より現実に近い使用状況での性能を評価することが必要である。また、臨床実証に向けて、理学療法士などのフィードバックを含めて、研究実施に取り入れていく。
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