2017 Fiscal Year Research-status Report
筋音図と感覚刺激で動作技術を教示する：体性感覚刺激駆動型ヒト－ヒトインタフェース
| Project/Area Number |
16K12993
|
|---|
| Research Institution | Yokohama National University |
|---|
Principal Investigator |
島 圭介 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50649754)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島谷 康司 県立広島大学, 保健福祉学部, 助手 (00433384)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 機能的電気刺激 / 振動刺激 / 運動学習 / ニューラルネット / パターン認識 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，多チャネル加速度センサから身体運動情報と筋収縮情報(筋音図) を同時計測してユーザの関節運動を推定し，電気刺激と振動刺激を用いて筋収縮状態を再現・増幅する新たな方法論を提案する．そして提案する計測・増幅技術をベースに，ヒト－ヒト間で複雑な関節運動を伝達可能な新しいインタフェースシステムを開発し，運動に伴う筋収縮技術・力情報を伝達・訓練可能とする．具体的には(1) 運動・筋音図の同時計測法に基づく筋収縮量と感覚刺激量の関係をモデル化し，(2) 巧みな関節運動を表現・予測する関節運動モデルと動作推定ニューラルネットを提案するとともに，(3) 感覚刺激による筋収縮情報伝達システムを開発し，運動技術を再現・伝達する訓練装置の開発を目指す．
■ 電気刺激による運動技術教示方法の開発（電極位置と刺激量の評価）
多チャネルの加速度センサを関節運動に関連する各筋表面に貼り付け，被験者の動作意図を運動情報と筋音図から推定して適切な筋収縮パターンの時系列的な変化と収縮量・収縮のタイミングを振動あるいは電気刺激，またはその重畳刺激を与えて筋収縮を促すトレーニング法を考案した．本研究では多数の電極を配置したシート電極を被験者に貼り付け，計測した関節運動と電気刺激パターンの関係性を研究代表者が考案してきたニューラルネットに学習させる．解剖学的知見とHill の筋モデルをベースとした筋骨格モデルから，関節運動を生成するための適切な電気刺激位置と刺激量を被験者個々に自動的に獲得する事に成功した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
提案法の確立には，電気刺激および振動刺激を用いた運動コミュニケーション技術の確率が必要不可欠である．これまでに既に各種刺激を用いた運動伝達の基礎理論は確立できており，学術雑誌論文の掲載には至らなかったものの，多チャネル筋音図を用いた動作推定・評価法を確立し，関節インピーダンスの伝達にまで発展させて有効性を示すに至っており，近日中に学術雑誌へ論文掲載となる見込みである．
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，■振動／電気刺激による訓練支援システムを開発し，筋収縮と運動訓練のデータベースを構築して運動学習を支援する事を目指す．前年度までに確立した方法論に基づき，生成した刺激生成モデルをニューラルネットによる動作推定法と組み合わせることで，I. 被験者の関節運動を予測して筋収縮状態を促進するように刺激を与えて効率的な関節運動訓練を促進させることや，II. あらかじめシステムで定めた関節運動と刺激のパターンを享受しながらのトレーニング，III. トレーナーから計測した理想的な筋収縮状態・タイミングをユーザへ電気／振動刺激の重畳刺激として伝達・学習させることを実現する．
さらに，提案法を運動熟練者および初心者の運動学習訓練に適用して運動教示の有効性を検証する．通常の運動学習訓練との効果を比較検証し，3次元動作解析装置を用いた運動解析，ならびに脳波計測による脳機能解析により運動学習効果を検証して提案法のブラッシュアップを図る．
|
| Causes of Carryover |
（理由）
実験装置の仕様変更に伴い価格が変更したため．
（使用計画）
次年度の9月末ごろまでに別途実験装置を購入する予定である．
|
