| Project/Area Number |
24H00321
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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 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
桂 誠一郎 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00401779)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉澤 浩志 東京女子医科大学, 医学部, 准教授 (70318070)
板口 典弘 慶應義塾大学, 文学部(三田), 准教授 (50706637)
長津 裕己 拓殖大学, 工学部, 助教 (60804987)
村松 久圭 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (20874465)
梅野 和也 常葉大学, 健康科学部, 講師 (30783526)
山之内 亘 沼津工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (30635305)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2026)
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| Budget Amount *help |
¥48,100,000 (Direct Cost: ¥37,000,000、Indirect Cost: ¥11,100,000)
Fiscal Year 2026: ¥13,910,000 (Direct Cost: ¥10,700,000、Indirect Cost: ¥3,210,000)
Fiscal Year 2025: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
Fiscal Year 2024: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
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| Keywords | 抽象化理工学 / 人間支援 / データロボティクス / モーションコピーシステム / ヒューマンインタフェース / 要素記述法 / 機能的電気刺激 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、人間の動作を保存し、時間・空間を越えて再現させる「時空間動作伝送」を人間支援の方法論とするための新たな学問の体系化を目的としている。遠隔での手づたえ教示による運動学習やリハビリテーションによる機能快復の支援において、特徴量の定量化ならびにそれを評価関数としたフィードバック制御系を構成することで、効果向上のスパイラルを実現する。工学、脳神経内科学、神経心理学の強固な連携に基づく研究体制により、一連の人間支援デザイン科学を創生する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、人間の動作を保存し、時間・空間を越えて再現させる「時空間動作伝送」を人間支援の方法論とするための新たな学問の体系化を目的としており、本年度において次のような研究実績を得ることができた。
1. 「時空間動作伝送インタフェース」構築のための非拘束・非接触センシング手法の開発
本年度は、従来開発してきたインツールセンシング手法に加えて、新たに生体信号に基づき指先力の推定手法の開発を行った。具体的には、直接指先で対象に触れるタスクに対応できるようにするために、腕の筋電情報を元に指先力を推定するためのモデリング手法を開発した。特に、親指における3軸の力推定に成功した。
2. 「時空間動作伝送インタフェース」構築のための多自由度機能的電気刺激システムの開発
FPGAに基づく電流生成装置を開発し、機能的電気刺激をヒューマンインタフェースとするために必要となる運動発現性能の高い電流波形の生成手法を開発した。上記電流生成装置により、示指、中指、環指、小指の4指について、独立駆動を行うことに成功した。
なお、本年度において11回の研究ミーティングを開催し、研究代表者、分担者、協力者間での成果の共有、逐次確認を行い、工学、神経心理学、神経内科学の密な連携の下で研究を推進した。また上記の成果については、IEEEのジャーナルをはじめ、日本神経理学療法学会学術大会などの会議にて発表を行った。さらに、イノベーション・ジャパン2024、横浜ロボットワールド2024、WELL-BEING TECHNOLOGY2025への出展を行い、得られた研究成果を広く公表した。
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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
「時空間動作伝送インタフェース」構築のための非拘束・非接触センシング手法として、腕の筋電情報を元に指先力を推定するためのモデリング手法の開発を行った。特に指先による動作において重要となる親指の力加減を3軸に分解することに成功した。また、機能的電気刺激による身体駆動に関しても、示指、中指、環指、小指の4指について、独立駆動を行うことに成功した。
さらに、「スパイラル支援制御」の構築に向けたロボット支援型の運動学習に関して若年健常者による被験者試験を実施し、IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering（インパクトファクター 4.8）に論文が掲載された。
上記成果に対して、Istvan Nagy Award、自動制御連合講演会優秀発表賞（3件）、電気学会産業応用部門優秀研究発表賞、電気学会メカトロニクス制御研究会優秀論文発表賞をはじめとする学会賞の受賞に至った。このように、高いレベルでの人間動作のセンシングからアクチュエーションの方法論を人間支援に応用することにより、構築されるシステムそのものも高性能化が見込まれ、当初の計画以上の成果が得られることが期待されるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究期間の2年目においては、非接触・非拘束動作センシングと多自由度機能的電気刺激をセットにした「時空間動作伝送インタフェース」の開発を行う。特に機能的電気刺激の自由度を増加させるための研究を推進する。人間の筋特性は複雑であり、電極位置に対応する関節運動のマッピングが必要になる。上肢筋電－運動のマッピングはアナリシス研究であり、このマッピングに基づいた関節運動のシンセシス研究を続けて実施する。
また、人間動作データの特徴量をフィードバック制御系に組み込み、支援動作を生成する「スパイラル支援制御」の開発を行う。まず、動作データから関節のスティフネスや運動学習の習熟過程を定量化する特徴量に変換するモデルを構築する。その上で、「時空間動作伝送インタフェース」により時々刻々支援を行うための制御理論を構築する。
最終的には、電気機器システムを直接人間の状態把握に応用するという方法論を一般化し、電気工学と神経心理学をつなぐための応用抽象化と総合デザインに関する学理を明らかにすることを目指す。
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