海技技術者養成における船舶動揺に対する生体適応能力のサイバニクス診断制御

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04575
• Research Institution: Toba National College of Maritime Technology
• Principal Investigator: 坂牧 孝規 鳥羽商船高等専門学校, その他部局等, 教授 (80256627)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土井根 礼音 東都大学, 幕張ヒューマンケア学部, 助教 (20784424)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 姿勢制御 / 重心動揺 / 予測的姿勢調節 / 足圧中心 / ヘッドマウントディスプレイ / APAs / COP

Outline of Annual Research Achievements

本年度の主な研究実績を以下に示す。
(1)船舶環境体感装置：これまでに、船舶環境体感装置の開発を行った。これは、船橋における船舶環境を、ヘッドマウントディスプレイを用いて視覚として再現し、映像に対する実験協力者の反応を、生体の重心動揺および足圧分布センサにて計測するとともに、実験協力者の姿勢動揺や立ち位置の変更などの能動的な動きをビデオカメラで撮影し、ヘッドマウントディスプレイで提示される映像、および重心動揺の映像と同期して再現することを可能とする。本年度は、新たに操船シミュレータおよび小型船舶内の映像を360°カメラで撮影し、船舶動揺に対する生体適応能力を評価するための船舶環境体感環境を構築した。
(2) 船舶動揺に対する生体適応能力の評価手法：生体の立位姿勢調節は、先ず視覚情報に基づいて発生する予測的姿勢調節（APAs: Anticipatory Postural Adjustments）が生じ、遅れて前庭器官と固有受容器の情報に基づく代償的姿勢調節（CPR: Compensatory Postural Response）が生じる。予測的姿勢調節は、運動発達や運動学習などの経験によって獲得される調節機能で、足圧中心（COP: Center of Mass）の変化で捉えることができる。本研究では、実験協力者の足圧中心を意味する重心動揺について、その総軌跡長と戦後方向の軌跡長に対する左右方法の軌跡長の比を指標として評価する。本年度、実験協力者の能動的な足の動きの識別など、アーチファクトを除去し計測精度向上を図るため足圧分布センサーの導入を図った。
(3)評価実験：本年度は、船舶トレーニングを受けた経験のある学生8名、乗船トレーニングを受けた経験のない3名の学生を実験協力者として、開発した船舶環境体感装置の評価実験を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

現在までの進行状況を以下に示す。
(1)船舶環境体感装置：これまでに、船橋における船舶環境を、ヘッドマウントディスプレイを用いて視覚として再現し、映像に対する実験協力者の反応を、生体の重心動揺および足圧分布センサにて計測する船舶環境体感装置を開発した。実験データの解析のために、実験協力者の姿勢動揺や立ち位置の変更などの能動的な動きをビデオカメラで撮影し、ヘッドマウントディスプレイで提示される映像、および重心動揺の映像と同期して再現することを可能とする機能を構築した。ヘッドマウントディスプレイで再現する船舶環境は、操船シミュレータの映像に加えて、実船である小型船舶の環境も再現できるようにした。
(2) 船舶動揺に対する生体適応能力の評価手法：本年度、実験協力者の能動的な足の動きの高精度な認識・識別、およびアーチファクトを除去し計測精度向上を図るため足圧分布センサーの導入を図った。
(3)評価実験：本年度は11名の実験協力者に対して、開発した船舶環境体感装置の評価実験を行い、ヘッドマウントディスプレイ装着について、外光影響の最小化、装着疲労の軽減などの対策を行った。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の推進方策について以下に示す。
(1)船舶環境体感装置：船舶環境体感装置で再現できる環境を、操船シミュレータ、小型船舶に加えて、生体の予測的姿勢制御（APAs: Anticipatory Postural Adjustments）の評価に特化したコンピュータグラフィックスで構築した映像を再現できるようにする。
(2) 船舶動揺に対する生体適応能力の評価手法：実験協力者の能動的な足の動きの高精度な認識・識別、およびアーチファクトを除去し計測精度向上のためのアルゴリズム、および自動評価のためのアルゴリズムの開発を行う。
(3)評価実験：今後は、開発システムを用いてデータ収集に重点を置いて研究を進める。

Causes of Carryover

残高が発生した理由は、令和5年度の実験回数が予定していた回数より少なくなり、実験協力者への謝金支払いが少なくなったため。令和6年度の実験回数を増やす予定であり、繰り越し分は、増員予定の実験協力者への謝金支払いに充当する予定である。