2014 Fiscal Year Annual Research Report
着るアシスタント: 動作と行動の支援と教示を行うためのセンシングと認識の統合
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25280075
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中村 裕一 京都大学, 学術情報メディアセンター, 教授 (40227947)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋田 純一 金沢大学, 電子情報学系, 教授 (10303265)
櫻沢 繁 公立はこだて未来大学, 複雑系知能学科, 准教授 (40325890)
戸田 真志 熊本大学, 総合情報基盤センター, 教授 (40336417)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ヒューマンインタフェース / 筋電位計測 / 画像センシング / 動作・行動支援 / ウェアラブルコンピュータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題の研究項目は大きく3つに分けることができ，(1)着るアシスタントのためのセンサ・通信部分のハードウェア的な設計と検証，(2)意図や内部状態と動作の関係の解析を目的とした詳細な計測と基礎的な調査，(3)動作や行動の計測・認識に必要なセンサフュージョンや力学的モデルの構築と検証などからなる． 平成26年度はそれぞれの部分について以下のように進めた．
上記(1)の項目に関し，リング電極アレイを用いた深層筋の計測について，筋電信号の分離を行うための新しい手法を検討した．また，動作を他者に教示するためのデバイスを設計・実装した．これは，筋電信号を計測して，その情報を音と振動を用いて他者に伝えるものであるが，3箇所の関節に対する動作タイミングの呈示が問題なく行えること，音，振動，それぞれ単独の場合よりも性能が良くなることなどを確認できた．さらに，位置計測と筋電計測を統合するデバイスの検討を行った．
上記(2)の項目に関し，心理的な状態と動作情報との関連として，不自然な(他から拘束されて)動作をした場合と，自然に(何も気兼ねなしに)動作をした場合の動作の特性について調査した．筋電位に現れる周波数特徴などから，それらの差異が認められることを報告した．
上記(3)の項目に関し，主動筋と拮抗筋の協調による動作特性を動力学的に解析するための筋骨格モデルの構築とそのパラメータ推定について取り組み，肘関節に関して，モデル化がかなり良い精度で行えることを実証した．
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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
(1)「着るインタフェース」のハードウェアおよびその利用方法の設計について: これまで行われてこなかった動作情報の呈示を実際のデバイスを実装しながら確認し，おおむね良好な結果を得た．具体的には音と振動を用いた手法により，複数の筋肉の活動を教示できること，また，それが音や振動単独よりも性能が良いことなどである．
(2)意図や内部状態と動作の詳細な関係の解析について: 自然に振る舞える場合と，不自然な拘束があるために思い通りの動作ができない場合の筋活動について調査した．H25年度の成果と併せ，筋活動の計測から，動作者の状態や意図推定を行う方法を複数の側面から引き続き調査した．
(3)筋緊張と位置・姿勢の両面からのセンシングを統合する手法の提案やその有効性の評価について: 主動筋，協働筋，拮抗筋の筋活動と力学的な力のバランスについて，単純な幾何学的モデルでは良好な推定が行えないことを示し，解剖学的な知見を使うことや，個人に合わせたパラメータフィッティングを行うことの有効性を示した．これらの知見を用いれば，これまで十分な精度が得られなかった運動の動力学的な解析を進める原動力となる．さらに，脚のリハビリテーション支援システムの実現に向けたシステムについて理学療法士と設計するなど，今後のシステム構築を行う指針を得ている．
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| Strategy for Future Research Activity |
上記(1)，(2)に関し，位置と筋電位の両方を計測可能なデバイスの開発を進める．その出力を補助的に利用することにより，画像センシングの負担を軽減し，隠れなどが起こっている場合でも精度の良い姿勢情報を利用できるようにする．実際に複数のセンサを体に貼り付け，その装着感と性能を確認するとともに，複数のセンサに対して干渉を抑えながら通信が行えること，長時間にわたって負担感なく使えることを確認するする．また，音や振動による情報呈示デバイスをより多面的なものとして設計し，動作の様々な情報，つまり，場所・タイミングだけでなく，速度・加速度，さらには意図や注意深さのようなニュアンスを伝えられることを確認する．
上記(3)に関し，体の複数の部位をモデル化し，様々な条件を変えながら筋活動を計測し，これまでの成果として得られた動力学的モデルの妥当性を確認する．さらに，(2)で得られた，慣れ，器用さ，緊張，恐怖，その他の心理的状態に関する筋電位計測としての知見を動力学モデル上で検証するとともに，動作の準定量的な解析モデルの検討を進め，動作予測の精度，余裕時間等を確認し，動作支援や危険予防に役立つことを確認する．また，脚のリハビリテーション支援システムの実装と効果の検証を行っていく．
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| Causes of Carryover |
予定していた物品(センサ・PC部品)が年度内に納入できないことがわかったため，注文をせずに，基金分を183,975円残した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
予定していた物品を購入する費用に充てる．そのため，次年度の研究計画の変更は必要ない．
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