2019 Fiscal Year Annual Research Report
疲労軽減を狙った小型船舶スカイフックキャビンの操作性を回復するAI×VR
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18H01670
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| Research Institution | Nagaoka National College of Technology |
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Principal Investigator |
外山 茂浩 長岡工業高等専門学校, 電子制御工学科, 教授 (60342507)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 富士雄 長岡工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (30353337)
酒井 一樹 長岡工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助教 (40824298)
上村 健二 長岡工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (80708090)
宮崎 敏昌 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (90321413)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 安全工学 / 小型船舶 / 事故 / 疲労 / ヒューマンエラー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）前庭電気刺激提示システムのユーザビリティ向上 操船シミュレータによる模擬実験を行った結果、フィードバック信号の急激な変化によって前庭電気刺激が急峻に提示され、操船者に不快感を与えることが明らかとなっていた。そこで、前庭電気刺激印加時の不快感の軽減のため、電気刺激の大きさや立ち上がりの変化が不快感に及ぼす影響について、脈波のリアプノフ指数と一対比較法を用いて評価を行った．実験の結果、電流の急峻な立ち上がりを抑えると不快感が軽減されることが、サーストンの一対比較法より示唆された。
２）視覚刺激提示システムの開発とその評価 昨年度までの研究によって、視覚刺激を与えることでベクションを誘発し、横加速度感覚を提示できるが、被験者間の没入感の違いにより、視覚刺激に対する定量化は再現性が不十分であることが明らかとなった。そこで、被験者 に HMD（ヘッドマウントディスプレイ）を用いて操船シミュレータの映像を提示し、没入感を向上させる他の映像刺激と併用することによってベクションを強化する手法を検討した。実験によって、HMDを用いればベクション強度が高くなることが明らかとなった。その結果として、ベクション強度が高くなることによってベクションの定量化も安定して行えるようになると考えられる。
３）NIRS NIRS（near-infrared spectroscopy、近赤外線分光法）を用いて脳機能の面から平衡感覚の評価を試みた。ただし、NIRSでは小脳のような脳深部が計測できないため、大脳皮質における運動野に着目して16Ch分のOxyHb変化量を計測した。平衡感覚の変化と見立てた頭部への荷重値を推定する回帰問題に帰着させ、LSM、PCAによって推定精度を検討した結果、PCAの方が推定精度は高かったが、バンドの締め付けによる血流変化の影響によってか推定に改善の余地が残されていることが明らかとなった。
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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
当初の計画通り、前庭電気刺激、視覚刺激等の各種ＶＲ（バーチャルリアリティ）を用いた操船支援システムの開発・改善が順調に進展している。それらVR効果を定量化するための新たな評価方法の検討が進み、特に、NIRS（near-infrared spectroscopy、近赤外線分光法）を用いて脳機能の面から平衡感覚の評価方法の検討に至った点は大きな進展である。ただし、VR手法を有効的に組み合わせて操船者に提示する方法、アルゴリズムとその評価までには至らず、課題として残っている。以上の進捗状況から、現在までの達成度として「おおむね順調に進展している」と評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）NIRSを用いた平衡感覚の定量的評価方法の改善 各種刺激強度の最適な組み合わせパターンを解析するために、昨年度、その基本的な有効性が確認されたNIRS（near-infrared spectroscopy、近赤外線分光法）による平衡感覚評価方法の改善を進める。現有のスチュワートプラットフォームに直立で搭乗した被験者に対して、搭乗面となるプレートをロール方向に種々傾斜させる。その時にNIRSを用いて測定した被験者運動野の脳活性度を16Ch分のOxyHb変化量の計測値から求め、平衡感覚の精度の良い定量化を試みる。
２）各種刺激提示を融合した操船支援情報仮想提示システムの開発と最適刺激パターンの検証 前庭電気刺激、体性感覚刺激や視覚刺激等の各種刺激を融合して提示する操船支援情報仮想提示システムを開発する。上述のように改善を進める平衡感覚評価方法を用いて、各種刺激をランダムに融合して被験者に提示し、その時々の平衡感覚を定量評価する。その際、ニューラルネットワークや機械学習等の学習アルゴリズムを用いて最適刺激パターンの存在を検討し、そのアルゴリズムの確立を目指す。
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