| Project/Area Number |
23K11186
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 61020:Human interface and interaction-related
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
上杉 繁 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80350461)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
玉地 雅浩 藍野大学, 中央研究施設, 研究員 (70388700)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | テンセグリティ / 筋膜 / 張力伝播 / 柔軟性 / 剛性可変 / 可動性 / 動作支援 / 身体拡張 / 大規模変形 / 能力拡張 / 張力伝達 / アナトミートレイン |
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| Outline of Research at the Start |
膨大な数の筋肉を協調制御して巧みな運動を行う機序に関する研究は古くから取り組まれてきた．近年では，神経系のみならず，筋肉を包み，全身をつなぐ筋膜の作用によって身体の各部位が力学的に協調する仕組みも見出されてきた．また，わが国の労働人口減少に伴い，省力・自動化技術が求められる中で，身体動作の支援技術への期待は高い．こうした背景において，筋膜による身体全体への張力伝達ネットワークに着目し，身体の各部位と全身をつなぎ，身体運動の基盤となる安定性，可動性を拡張する方法の構築に取り組む．そこで，筋膜や筋の作用を身体表面に外化する方針のもと，動作支援を想定した装着型テンセグリティ構造の開発を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
引張力と圧縮力の相互作用により形成される構造はテンセグリティと呼称される．人体においても，筋・腱・筋膜等による張力の作用と骨格によりそれを支持する作用との関係により，構造が組織化されていると捉えることができる．本研究は，人体のこうした特徴に着目し，装着するテンセグリティ構造体と身体との相互作用による運動機能の拡張方法の構築に取り組む．
下肢の動作に関しては，歩行動作と立ち上がり・座り動作に着目した．そして，テンセグリティ構造体による動作支援を最終的に目指し，動作の検出方法，各動作に応じたテンセグリティ構造体の剛性可変方法に関する課題に取り組んだ．まずは膝関節を対象に，歩行時の関節の動き，立ち上がり・座り動作において連動する上半身の動きにも着目し，剛性可変のタイミングを検出する方法を検討した．また，歩行動作，立ち上がり・座り動作における膝関節の可動域に対応し，動作の状態に応じて剛性が変化することで膝関節の動きを支援するための，テンセグリティ構造体の剛性可変機構を考案した．前年度は主に張力材の配置に着目し，本年度は圧縮材の配置を変化させるためにリンク機構を組み合わせる構造を考案し，実験的装置を構築した．上述の動作検出方法，制御方法を統合し，各動作に応じて，装着するテンセグリティ構造体の剛性が可変するシステムの基本構造を示した．
さらに，上肢の動作に関しては，テンセグリティ構造体を皮膚への引張力を介して上肢に接続する方法を検討するための，実験的装置を構築した．そして，構造体に対して複数方向・大きさの外力を付与した際の，上肢への伝達状態について調査し，接続方法の手がかりを見出した．
また，張力伝播に着目して人体の構造を調査する中で，運動機能を改善するための方法についても検討した．
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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
本年度は，①身体動作との相互作用を可能とするテンセグリティ構造体とのインタフェースの設計方法，②具体的動作を対象にした装着型テンセグリティ構造体の設計方法，以上の課題への取り組みを主に計画していた．
そして，①については，動作に応じて，装着する構造体の剛性を変化させるための動作の検出方法，ならびに装着者の身体と構造体とを張力を介して接続する方法について，実践的に検討した．続いて，②については，①の成果を踏まえ，歩行動作，立ち上がり・座り動作における動きの状態を検出し，各動作に応じた剛性となるように構造体を変化させるシステムの基本構造を示した．
以上により，おおむね順調に進んでいるといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
歩行動作ならびに立ち上がり・座り動作に関しては，装着するテンセグリティ構造体の剛性を，運動状態に応じて自動的に調整するシステムの設計方法の構築に取り組む．使用者の身体的特性，ならびに動作支援の程度を考慮したテンセグリティ構造体を構築し，実験的調査により提案方法の可能性を示す．また，構造体の状態を知覚しやすくするための，身体とのインタフェースの設計方法の構築についても取り組む．
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