Quantitative Evaluation of Muscle Using MEMS Mechanomyogram Sensor
| Project/Area Number |
17H04751
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Field |
Sports science
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
竹井 裕介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00513011)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥22,360,000 (Direct Cost: ¥17,200,000、Indirect Cost: ¥5,160,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2019: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2017: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | 筋肉 / 筋音 / MEMS / センサ / 電気刺激 / 筋電 / ウェアラブルデバイス / テキスタイル / 振動センサ / 音響センサ / ヘルスケア / EMS / ピエゾ抵抗 / 歪みセンサ / 医療・福祉 / マイクロ・ナノデバイス / マイクロマシン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
筋力を向上させるためのトレーニング機器の一つとして、筋肉電気刺激デバイス（Electrical Muscle Stimulation (EMS) devices）がある。これは皮膚表面に電極を固定し電圧を印可することで、筋肉を強制的に収縮させるものである。近年、様々なEMSデバイスが市販されているが、メーカーへの聞き取り調査で、電極と皮膚との接触抵抗を下げるために導電性ゲルが必須であることと、電気刺激による筋肉収縮の様子をモニタリングする方法がないことがEMSデバイスの課題であることが分かった。導電性ゲル電極は、皮膚と密着して接触抵抗を下げるために粘着性を有する。しかし、導電性ゲルがべとつくため、電極の付け外しに手間がかかることや肌への不快感や湿疹が問題であった。また、繰り返し使用で導電性ゲルの粘着性が失われ、皮膚との接触抵抗が大きくなり、効果的に筋肉を電気刺激することができなくなるため、一定回数使用の後、交換が必要という問題があった。また、筋肉収縮の様子を知る方法としては筋電計測が一般的である。しかしEMSデバイスと併用し、筋肉電気刺激入力と筋収縮により発生した筋電を同時計測する場合、数十Vの筋肉電気刺激用の電圧と、数mVの筋電を同時に皮膚表面で計測する必要があり、最大で4桁も大きさが異なる信号の同時計測は困難である。そのため、筋肉電気刺激時の筋肉の収縮の様子を知ることが困難であった。
これらの問題点を解決するために、本研究では、着用するだけで筋肉を電気刺激でき、かつその時の筋肉の収縮の様子をモニタリング可能なEMSスマートウェアを提案する。本デバイスは、ウェアの生地表面に直接形成された筋肉電気刺激用の起毛電極と、筋音を筋肉近傍の皮膚の表面の歪みとして計測するための極薄シリコンピエゾ抵抗素子で構成される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画では、筋音計測のためのMEMSセンサ単体の研究開発にとどまっていたが、今年度、筋肉電気刺激用のテキスタイル電極の研究開発に成功した。そこで、MEMS筋音センサとテキスタイル電極を組み合わせることで、筋肉電気刺激中の筋音を計測し筋肉の定量的な評価を行うことが可能なウェアラブルデバイスの試作を行った。本デバイスは、学会や展示会等で発表を行ったところ、新聞報道や多数の企業からの関心を集めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降、筋肉電気刺激時の筋音計測データを蓄積し、筋肉の様々な状態が本手法で評価できることを確認していく予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
