2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on High Sensitivity Human Body Communication Based Bio-Sensor for Wireless Control of Wearable Robot
| Project/Area Number |
19H02139
|
|---|
| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
王 建青 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70250694)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 元志 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (50261649)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 通信・ネットワーク工学 / ウェアラブルロボット / ワイヤレス制御 / 人体通信 / 生体センサー / EMC |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、人体装着ロボットのワイヤレス化で、耐電磁ノイズ型生体センサー部と人体通信部の一体化技術の研究開発である。本年度では、
①人体装着ロボットを制御するための耐電磁ノイズ型生体信号センシング技術の確立に向けて、前年度に解明した生体センサーに重畳する電磁ノイズの発生機構、すなわち、生体信号検出電極と人体間の接触インピーダンスのアンバランスによって生ずることをもとに、その接触インピーダンスを自動キャンセルする回路を開発し、生体センサ―に追加した。試作の生体センサ―を生体信号検出電極に適用し、生体信号検出における耐電磁ノイズ性能の向上効果を確認できた。この成果は、１篇の学術論文として国際学術誌に発表し、早速他の研究者に引用された。
②高信頼・高速ワイヤレス制御のための広帯域人体通信技術の確立に向けて、計算機シミュレーションにより伝搬特性を解析し、10～60MHz微弱無線を利用した広帯域インパルス・ラジオ型人体通信方式を実現する小型通信モジュールを開発・試作した。人体の電気特性を模擬したゲル型生体ファントムを用いて検証した結果、最大20Mbps、60cmまでの人体通信の達成を確認できた。また、試作した通信モジュールを生体センサーと一体化し、人体装着ロボットの一例として筋電義手を対象に、筋電信号を用いたロボット義手のワイヤレス制御の動作確認を実施し、予定通りの動作が確認できた。さらに、静電気放電のようなインパルス性電磁ノイズに対する耐性を実験的に測定し、高いイミュニティを有することを示した。これらの成果は、１篇の招待論文、２篇の学術論文として電子情報通信学会及びIEEE誌にそれぞれ掲載された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の実施計画では、①人体装着ロボットを制御するための耐電磁ノイズ型生体信号センシング技術の確立と、②高信頼・高速ワイヤレス制御のための広帯域人体通信技術の確立を挙げている。具体的に、①では生体信号検出電極間の接触インピーダンスのアンバランスを自動キャンセルする回路の有する生体センサ―の開発と検証、②では10～60MHz微弱無線を利用した広帯域インパルス・ラジオ型人体通信方式を実現する通信モジュールの試作と動作確認である。
①では、容量性インピーダンスのアンバランスキャンセルにDTC（digitally tunable capacitor）を導入し、生体信号検出における耐電磁ノイズ性能の向上効果を確認できた。この成果は、１篇の学術論文として国際学術誌に発表し、早速他の研究者に引用された。
②では、人体通信方式の小型通信モジュールを開発・試作し、人体の電気特性を模擬したゲル型生体ファントムを用いて検証した結果、最大20Mbps、60cmまでの通信の達成を確認できた。さらに、試作した通信モジュールを生体センサーと一体化し、人体装着ロボットの一例として筋電義手を対象に、筋電信号を用いたロボット義手のワイヤレス制御の動作確認を実施した。その結果、人体の筋電信号に同期して筋電義手が動作していることが確認できた。さらに、インパルス性電磁ノイズに対するワイヤレス筋電義手の耐ノイズ性を実験的に測定し、高いノイズイミュニティを有することを示した。これらの成果は、１篇の招待論文、２篇の学術論文として電子情報通信学会及びIEEE誌にそれぞれ掲載された。
よって、本研究は予定通り順調に進展している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終年度においては、次のように研究を推進する。
①人体装着ロボットを制御するための耐電磁ノイズ型生体信号センシング技術の確立
開発したコモンモードノイズ自動キャンセル機能を有する生体センターを用いて、筋電・脳波信号の検出実験を行い、耐電磁ノイズ性能を向上させるとともに、回路構成の最適化・小型化及び通信モジュールとの一体化をさらに進める。
②高信頼・高速ワイヤレス制御のための広帯域人体通信技術の確立
開発した10～60MHz微弱無線を利用した広帯域インパルス・ラジオ型人体通信モジュールを筋電・脳波の伝送に適用し、特に脳波の伝送が可能となるように通信距離の伸長と多チャンネル信号伝送の実現を行う。また、特定の脳波信号と筋電信号の相関を見出し、脳波での人体装着ロボット制御の可能性を明確にする。最終的に、一体化した通信モジュールと生体センサーを用いて、人体装着ロボットの一例となる筋電義手を対象に、脳波を用いたワイヤレス制御の可能性を示す。
以上により、本研究の目的を達成する。
|
