ヒトの「器用さ」解明のための手・前腕動作に関与する筋骨格シナジーの抽出

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K23345
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 趙 崇貴 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (50881653)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 筋骨格シナジー / 皮膚表面形状 / 距離センサアレイ

Outline of Annual Research Achievements

当該年度は、皮膚表面形状から特定の動作に対応した筋骨格シナジー抽出手法の開発、自動他動運動間の皮膚表面形状の特徴解析、皮膚形状計測デバイスである距離センサアレイの改良に着手した。
筋骨格シナジー抽出手法については、複数の単関節運動を行った際の皮膚表面形状から特定の動作に対応した運動単位を抽出可能か検証した。特徴抽出に独立成分分析を用いることにより、距離センサアレイによって計測された皮膚表面形状を動作に対応した信号に変換可能なことをモーションキャプチャから計測された参考値と比較し、実験的に確認した。また、抽出した運動単位を組み合わせ、関節角度へマッピングすることにより、手の動作を表現することが可能なことについても実験的に確認している。
自動他動運動間の皮膚表面形状の特徴解析については、形状の変化が自動運動と他動運動の双方で生じるという特性に着目し、運動間の関係を解析した。その結果、主成分分析を用いることにより、単関節運動においては皮膚表面形状を関節運動と運動の活性度に関連する軸に分離可能なこと、その特徴から自動他動運動間の差を判別できることを確認した。
計測デバイスである距離センサアレイについても、コネクタを搭載した距離センサの基板を新たに作成し、センサの交換・改修が容易になるよう改良を施した。また、より計測が簡便になるよう、アレイの形状・素材についても、3Dプリンタによる試作を通し、柔軟な素材と強硬な素材を組み合わせ、様々な腕の周径に対応できるように改良した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

筋骨格シナジー抽出手法の開発、自動他動運動の特徴解析についてその実現可能性を検証し、計測デバイスの改良にも着手できたため、順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度までの研究実績で、当該研究を実施していくための、ハードウェア及び理論的な基盤を築けたため、令和3年度はその基盤をもって研究を推進していく。具体的には手・前腕動作に対応した筋骨格シナジー抽出に基づく、単一・複合関節運動を対象とした動作推定の精度検証を通してシナジーの表現力を調査する。また、自動他動運動の特徴解析結果から、関節運動と運動の活性度の分離の可能性が示されたため、関節運動のみではなく活性度についても推定が可能かを検証していく。そして、それぞれの研究成果について学会発表及び論文投稿を行っていく。

Causes of Carryover

当該年度、情報収集を目的とした学会参加を予定していたが、オンライン開催となり、予定していた旅費・参加費に差分が生じたためである。次年度使用額については、ハードウェア改良、改修費などに補填する予定である。