2022 Fiscal Year Research-status Report
ハイブリッド全身力覚提示スーツによるトレーニングに必要な力覚提示要素の解明
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22K04030
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
小柳 健一 富山県立大学, 工学部, 教授 (30335377)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉岡 健一 富山県立大学, 工学部, 准教授 (80438233)
木村 佳記 大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教員 (00571829)
木谷 尚美 富山県立大学, 看護学部, 准教授 (50350806)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | バーチャルリアリティ / 力覚提示 / 機能性材料 / トレーニング / ハイブリッドシステム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
この研究では，どれくらいのリアルさがバーチャルリアリティ（VR）環境に必要なのかという問題に対し，力覚提示の力発生要素の種類（力覚提示の様式：アクティブ/パッシブ/ハイブリッド）という観点から迫る．力覚提示の様式や自由度を変えられる力覚提示スーツを開発し，適切な姿勢や動作から逸脱した場合に，力覚提示により教示することで，どういった力覚提示の様式や自由度が必要かを検証する．
初年度は，力覚提示全身スーツの下半身に力覚を提示するパッシブ要素の設計を行った．例として水泳レースゲームを取り上げ，水の抵抗を脚に提示するのに必要な力を文献より求め，パッシブ要素であるElectro-Adhesive Gel(EAG)の面積を求めた．EAGは，電場を印加すると表面の見かけの摩擦係数が増大し，せん断抵抗を発現するため，制動要素に使用できる．
一方，アクティブ要素には，Electro-Hydro-Dynamics Fluid(EHD)アクチュエータを用いる予定である．これは高電圧を印加することで流動圧力を発生する機能性材料であり，専用に設計した電極を有する．大出力EHD流体アクチュエータとするためには，適した電極形状を設計する必要があるが，本年度は電極のペアが1段のもので126Pa，3段のもので252Paを実現した．全身スーツへ用いるには，目標の圧力である3kPaに達する13段の電極構造にしたうえで，数セットを並列に用いる必要があることが分かった．
また，アクティブ要素にはオリジナルの空気圧アクチュエータを使うことも検討している．本年度は，その応答性を改善するために，最適化設計を施し，過去のものと比較した．
さらに，筋力トレーニングにおけるモーションデータの取得のため，モーションキャプチャシステムを用いて，様々な姿勢における片脚スクワット動作中の関節座標等を記録した．
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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
本年度の当初目的は，力覚提示全身スーツの上半身部の整備と，下半身を含めたハードウェア全体の設計であった．しかし，上半身部として以前に製作した部分のEAGが想定以上に劣化していたことと，研究室学生の教育上の理由から，下半身の要素設計を先に行った．下半身要素に用いるためのEAGの製作に多くの時間を要したため，製作には至らなかった．一方，水泳レースゲームのソフトウェア設計も行っているため，全体としては予定した程度の進捗状況である．
また，モーションキャプチャシステムを用いて，片脚スクワットトレーニング動作における全身のモーションデータを，十分な姿勢のバリエーションにおいて取得できた．
全体を通して，おおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
まず，EAGを用いたパッシブ要素において，力覚提示全身スーツを完成させる．簡単な特性試験により，動作を確認する．また，水泳レースゲームを実装し融合させ，効果を予備的に検証する．
EHD流体アクチュエータは，全身各部に提示すべき力から，各部の電極段数やセット数を確定させる．
看護教育におけるモーションデータの取得を，モーションキャプチャシステムを用いて行う．
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| Causes of Carryover |
力覚提示全身スーツの下半身要素を設計したが，EAGの製作に時間が掛かり，それ以外の機械要素や電気電子要素を製作する時間が無くなった．また，看護教育における動作でモーションデータを計測するものは，その動作を検討するに留まったため，費用を使用しなかった．
翌年度分の使用計画は，まず力覚提示全身スーツは全身の構成各要素を製作する予定であるため，それに使用する．また，看護教育における動作は，その動作に必要な器具等があればその購入に使用する．または，動作の選定根拠となる文献の購入に用いる．
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