2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Functional Tomography for Imaging Body Dynamics and Its Application for Body Control
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19H04189
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉元 俊輔 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (00646755)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒田 嘉宏 筑波大学, システム情報系, 教授 (30402837)
大城 理 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (90252832)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | トモグラフィ / 電気的計測 / 身体ダイナミクス / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，運動に関連した多様な生体物理現象の電気的な計測に基づいて身体ダイナミクスを推定する，機能的トモグラフィ技術の確立を目的とし，(a) 身体調和性を目指す装着部のメカトロニクス設計，(b) 生体電気計測の極限に迫るエレクトロニクス設計，(c) 精緻な推定を可能にする連成逆問題の解法アルゴリズム設計に取り組んでいる．
本年度は，まず，身体に装着する電極配置の最適設計に関する研究に取り組んだ．手指の動作で生じる前腕の形状変化とそれに伴うインピーダンス変化を連成シミュレーションにより再現し，電極パラメータと評価指標の関係を調べることで，手首の変位が大きな部位に電極を集中させることで検出感度が向上することが明らかとなった．次に，前腕に装着可能なフレキシブル多点電極シートを用いて電位分布計測を行い，指の屈曲運動や接触力を推定可能であることを示した．また，前年度開発した筋断裂検出手法を発展させ，ロバスト性を高めるための学習データの作成方法，励起条件の効果的な選出方法を明らかにすることで，従来では検出が困難であった微小なインピーダンス変化を検出できる可能性を示した．さらに，近接分布・温度分布の推定が可能なトモグラフィ技術についても基礎的検討と評価を行った．その結果，シート状の容量分布センサでハンドトラッキングが可能であることを示すことができた．また，誘導電流を利用することで，導体の温度を非接触に計測することができ，新たなトモグラフィ技術の可能性を見出すことができた．
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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
今年度は，電極と励起条件などいくつかの最適設計を明らかにするとともに，トモグラフィを利用した新しいイメージング技術の可能性を見出すことができた．また，実用性の面では個別の性能に課題が残るが，身体運動や接触力の推定について可能性を示すことができ，当初の目的であった身体ダイナミクスの可視化が可能となった．以上から，概ね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発した技術の評価と，応用システムの開発を中心に研究を進める．特に，これまでの取組で明らかになった最適設計に基づいてシステムを開発し，接触圧力分布および身体運動の可視化に関する様々な評価を実施する．
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