障害者スポーツのための義肢装具のデザイン及び設計製作手法の研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26282004
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山中 俊治 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (60528917)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 仰木 裕嗣 慶應義塾大学, 環境情報学部, 准教授 (90317313)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: デザイン / 義足 / バイオメカニクス

Outline of Annual Research Achievements

本年度はロンドンパラリンピック日本代表選手（1名）が現在使用している義足の３次元形状計測と、運動状態の計測、およびドライカーボン製義足制作のための設計データ作成を行った。その詳細を下記に列挙する。
１）パラリンピックT44日本代表の高桑早生選手が現在使用している義足の三次元的計測：外形形状については３次元デジタイザ、ソケットの内面形状についてはCTスキャンを使用し、両データを結合し現状の義足全体の３次元データを作成。本データは義足の力学的解析とデザインの基礎データとなる。
２）トレッドミル走行実験による運動状態の計測：上記の高桑早生選手の協力を得て、トレッドミル上の走行実験（8~9km/h）を行い、モーションキャプチャ（基準マーカー32点）により選手の脚部および義足の立体的な運動軌跡を計測。同時にハイスピードカメラで走行状況を記録した。計測に使用した義足は義肢装具士臼井二美男によって製作され、現在国際大会等で使用しているもの。モーションキャプチャのデータと高速度カメラの画像を解析することによって板バネのたわみ量を正確に推定し、今度の設計の基礎となる義足にかかる外力を推定することができる。
３）フルカーボン義足試作のためのデザインデータ作成：１）で得られた計測データを元に、平成２７年度に製作予定の義足全体をドライカーボンで制作するための基本設計を行った。義足全体をドライカーボンで製作した事例は国内に実績がないため、全く新しい構造を提案している。特に人体に触れるソケットのインナーは、義肢装具士による繊細な造形を踏襲しつつ、その外側に梯子上のフレームを外装として形成し、従来にないドライカーボン２重構造のソケットを提案している。板バネそのものは既存の製品を使用しているが、新規にソケットと板バネをつなぐためのアタッチメントの構造なども提案している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の目的は、広く障害者に機能的で美しい義肢装具を供給するために、バイオメカニクスの基礎研究を行い、先端技術を駆使したセミオートクチュールの設計開発手法を確立することであるが、本年度は高桑早生選手が現在使用している義足の３次元形状計測と、運動状態の計測、およびドライカーボン製義足制作のための設計データ作成を行った。基礎研究と新しいセミオートクチュール義足製作を並行して行えており、今後の予定として28年度までにフィールドテストを含めて二回試作を行うため、それに向けた進捗としては、おおむね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

機能的で美しい義足の設計手法を確立するために前年度に引き続いて下記の研究を推進する。
１）選手の走行状態および義足の機械特性の解析：27年度は26年度に計測した高桑早生選手の走行データを元に、義足と切断端周辺の力学的解析を行う。必要に応じて既存の板バネの機械強度を測定する荷重試験や追加走行試験を行い、設計の基礎データを得るために十分な精度の解析を目指す。
２）前年度設計したドライカーボンソケットの実製作と走行試験：ソケット、アタッチメント機構をそれぞれ実際に製造し、走行可能な義足の一次試作を製作する。高桑選手によるによる試走、検証を行う。また、ターゲットユーザとしてのアスリートを高桑選手以外に複数人選定する。
３）デザイン手法の確立：１）で収集した設計基礎データと２）で製作した試作義足の走行実験結果を統合してドライカーボンを用いた軽量で美しい義足のデザイン手法を整理し、他の選手への応用を可能とするようドキュメント化する。
４）試作された義足の公開と情報収集：試作された義足を展示し、走行ビデオを公開することにより、本研究の設計手法を広く切断者や義肢装具士にアピールし、問題意識の共有と試みられている設計手法への協力者を募ると共に、こうした義足がもたらす社会的効果についてwebアンケート等を通じて情報を収集する。

Causes of Carryover

フルカーボンでの制作までを26年度中に行う予定であったが、制作業者との打合せの結果、データ製作に時間をかけた方が設計上確実であると判断し、製作自体は27年度に行うこととなった。また、同様に製作した義足を展示やムービー等で公開する予定であったが、一次試作の製作が27年度になったためこちらも延期となった、上記理由により、次年度への繰越額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

ドライカーボンソケットの実製作として、ソケット、アタッチメント機構をそれぞれ製造し、走行可能な義足の一次試作品を製作する。また、義足に関する展示会を開催し、製作した一次試作品を公開し、アンケートを行う。
26年度に行った実験の解析データとアンケート結果を反映しながら、二次試作のデータ製作を行う。