振動触覚を利用したバランストレーニングのための感覚フィードバック手段の研究開発

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K12733
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 泉 隆 東海大学, 基盤工学部, 教授 (80193374)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 起立姿勢バランス / 振動触覚情報 / バランストレーニング / 転倒予防

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、健康高齢者や障がい者の転倒訓練および歩行補助を目的として、バランス維持に必要な情報を振動感覚を用いて伝えることによりバランス訓練効果を向上させると共にバランスが崩れそうになったときに注意喚起を行うことにより、転倒を未然に防ぐための装置開発研究の一環として行っています。本研究で提案する装置は、使用者の起立時の重心の位置を推定する身体傾斜計測部とバランスが崩れそうな状態が生じると身体各部に配置した小型振動モータで振動刺激を提示する振動刺激部からなります。バランス維持に必要な感覚情報を振動刺激を通じて増強して与えることで、バランス訓練効果を向上させると共にバランスが崩れそうになる際に振動刺激で危険な状態を本人に注意喚起することにより、転倒を未然に防ぐことを目的に取り組んでいます。
2022年度は、4月から8月中旬まで、振動触覚を被験者に提示する手段の試作を行い、触覚情報から方向に関する内観を想起させる実験を実施し、所期の目的を達成しました。しかしながら、その後8月下旬から11月上旬にかけて、研究者が両眼の手術を受けることとなり、秋以降は本研究課題に注ぐエフォートを十分に確保することが困難となりました。結果として、当初予定していた研究項目について十分な成果を得ることはできませんでした。このような経緯から、本研究課題は当初予定では2022年度を最終年度としておりましたが、2023年度に向けて研究期間を延長することといたしました。これまでに実施を予定していた研究内容については2023年度に繰り越して実施することを計画しています。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

2022年度は、前年度からのCOVID-19の感染拡大に対応するため、所属機関においては、在籍者の健康確認・遠隔通信による授業の実施・受講者の指導など、本務である教育と運営の負担が増大する状態が継続しました。更に、研究代表者が8月下旬に右眼、11月上旬には左眼の手術を受ける事態となり、本務にエフォートを集中することとなり、結果として本研究を遂行するためのエフォート（当初の計画では20%）は、秋以降はほぼゼロにならざるを得ませんでした。
従って、本研究の開発項目として掲げた、(a)起立・歩行時の姿勢変化を検出し姿勢の安定性を評価する手段の開発、および、(b)触覚フィードバック情報を提示して姿勢バランスを変化させる手段の開発、については、後者について、腰部と頭部に搭載する触覚フィードバック装置の試作を行うことができましたが、それ以外には特段の成果を得るには至りませんでした。
しかしながら、このような状況においても、バランスとレーニングを行う人が姿勢動揺の状態を把握する手掛かりとして、重心動揺の大きさや方向を計測するために用いるソフトウエアを開発する環境の整備を行うこと、および、腰部と頭部に搭載して触覚情報提示を行う小型デバイスの試作を行い、2023年度の研究活動に備えております。

Strategy for Future Research Activity

2023年度には、従来から予定していた研究内容を改めて取り上げて実施する予定です。重心動揺等のデータから、感覚フィードバックのための基本的なパラメータを明らかにする予定です。
(a)起立・歩行時の姿勢変化を検出し姿勢の安定性を評価する手段の開発
転倒時などの姿勢変化の検出手段として接触型センサや加速度センサなどを組み合わせて用いる方法を提案します。小型センサを用いて、頭部・胸郭・腰部などの位置や傾斜を測定する工夫を行います。提案方法を用いて得られる姿勢変化に関連するデータと、実験室の床反力計や運動解析装置で測定する参照データを比較対照することで、提案方法によってどの程度正確に重心動揺を推定できるか、姿勢の安定性評価に用いることが許される条件や適用の限界などについて知見を得る計画です。
(b)触覚フィードバック情報を提示して姿勢バランスを変化させる手段の開発
転倒を回避するために適切な姿勢変化を促す触覚情報を被験者に提示する感覚フィードバックを行う方法として、複数個の小型振動モータ等の触覚提示装置を利用する方法を提案します。装置を試作して、姿勢動揺の状態を触覚情報として表現する方法を実験的に明らかにする計画です。例えば、姿勢が安定な時には情報を与えず、不安定な状態に近づくと注意喚起の触覚情報を提示する方法が考えられます。また、重心動揺の水平面内の方向と大きさを表現するため、触覚情報を常時提示する方法も考えられます。このように、姿勢の状態を伝える触覚情報の表現方法は一通りではないことから、認知課題や遂行課題などの応用場面を設定して適切なものを見出す計画です。

Causes of Carryover

2022年度は、研究代表者が眼科手術を受ける事態により、所属機関における本務に掛かり切りとなり、本研究を計画どおりに執行することが困難となりました。このため、本務に多くのエフォートを傾注することとなり、本研究を遂行するためのエフォート（当初の計画では20%）はほぼゼロとなりました。以上が「次年度使用額（B-A)]が生じた理由となります。しかしながら、このような状況においても、身体腰部や頭部に搭載して振動触覚による感覚フィードバック信号を提示する装置を試作するなど、本研究計画を継続するための備えを進めております。
2023年度はCOVID-19への対応も変わることから、当初からの研究内容を適宜調整し、無理のない形で積極的に研究活動を推進して行きたいと考えています。