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疲労軽減を狙った小型船舶スカイフックキャビンの操作性を回復するAI×VR

Research Project

Project/Area Number 18H01670
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 25020:Safety engineering-related
Research InstitutionNagaoka National College of Technology

Principal Investigator

外山 茂浩  長岡工業高等専門学校, 電子制御工学科, 教授 (60342507)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 池田 富士雄  長岡工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (30353337)
酒井 一樹  長岡工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助教 (40824298)
上村 健二  長岡工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (80708090)
宮崎 敏昌  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (90321413)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Keywords小型船舶 / 操作性 / バーチャルリアリティ / AI / 安全工学 / 事故 / 疲労 / ヒューマンエラー
Outline of Annual Research Achievements

1)NIRSによる平衡感覚の評価:NIRS(近赤外線分光法)を用いて脳機能の面から平衡感覚の評価を試みた。具体的には、スチュワートプラットフォームを用いて被験者の座面に一定の傾斜角を与え、擬似的な平衡感覚の変化を与える。運動野を対象に、NIRSによって16チャンネル分のoxy-Hb濃度データを測定する。測定データを入力、座面傾斜角を出力とするニューラルネットワークを構成し、平衡感覚の推定を試みた。実験結果から,全体に良好な推定が得られることがわかった.
2)前庭電気刺激提示システムのユーザビリティ向上:前庭電気刺激による操船者に対する的確なフィードバックや不快感の少ない刺激電流の条件について調査し,前庭電気刺激を用いたシステムでは船体揺動と比べ,どの程度操作性が向上するのか操船シミュレータを用いて評価した.ISO9241-11に基づく評価指標を設定し,有効性,効率,満足度の観点から操作性を評価した結果,操作性が向上することが明らかとなった。
3)視覚刺激提示システムによる操作性向上:昨年度までの研究によって、被験者 に HMD(ヘッドマウントディスプレイ)を用いて操船シミュレータの映像を提示し、没入感を向上させる他の映像刺激と併用することによってベクションを強化できることがわかった。今年度は操船実験によって、HMDを用いればベクション強度が高くなり操作性が向上することを明らかにした。
4)前庭電気刺激と視覚刺激の組み合わせによる加速度知覚強化:前庭電気刺激、視覚刺激それぞれでは提示加速度が不十分であることが課題として挙がったため、それぞれの刺激を同時に提示し、提示加速度の増強効果と知覚特性を評価した。特定の条件によって、提示加速度の増強が見受けられたものの、それぞれ単独で提示した時よりも提示加速度が低下する場合もあることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通り、前庭電気刺激、視覚刺激等の各種VR(バーチャルリアリティ)を用いた操船支援システムの開発・改善が順調に進展している。それらVR効果を定量化するための新たな評価方法の検討が進み、特に、NIRS(near-infrared spectroscopy、近赤外線分光法)とニューラルネットワークを用いて脳機能の面から平衡感覚の評価・分析方法の検討に至った点は大きな進展である。また、VR手法を有効的に組み合わせて操船者に提示する方法について検討が始まったことから、現在までの達成度として「おおむね順調に進展している」と評価する。

Strategy for Future Research Activity

1.NIRSを用いた平衡感覚の定量的評価方法の改善
各種刺激強度の最適な組み合わせパターンを解析するために、昨年度、その基本的な有効性が確認されたNIRS(near-infrared spectroscopy、近赤外線分光法)による平衡感覚評価方法の改善を進める。NIRSを用いて測定した被験者運動野の脳活性度を16Chから32Ch分に増加させたOxyHb変化量の計測値から求め、平衡感覚の精度の良い定量化を試みる。
2.各種刺激提示を融合した操船支援情報仮想提示システムの開発と最適刺激パターンの検証
前庭電気刺激、体性感覚刺激や視覚刺激等の各種刺激を融合して提示する操船支援情報仮想提示システムを開発する。上述のように改善を進める平衡感覚評価方法を用いて、各種刺激をランダムに融合して被験者に提示し、その時々の平衡感覚を定量評価する。その際、ニューラルネットワークや機械学習等の学習アルゴリズムを用いて最適刺激パターンの存在を検討し、そのアルゴリズムの確立を目指す。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(14 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results)

  • [Presentation] 視覚誘導性自己運動を活用した小型船舶における加速度提示2021

    • Author(s)
      原祥平, 上村健二, 外山茂浩
    • Organizer
      第26回高専シンポジウムオンライン
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 近赤外線分光法による脳機能面からの平衡感覚の評価2021

    • Author(s)
      田辺愛菜, 小此鬼瑞季, 外山茂浩, 上村健二, 土田泰子
    • Organizer
      第26回高専シンポジウムオンライン
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 前庭電気刺激を用いた操船支援システムの開発2021

    • Author(s)
      大谷佳輔, 外山茂浩, 上村健二, 池田富士雄
    • Organizer
      第26回高専シンポジウムオンライン
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] GVSとベクションの組合せによる加速度知覚強化2021

    • Author(s)
      藤井海成, 大谷佳輔, 外山茂浩, 上村健二
    • Organizer
      第26回高専シンポジウムオンライン
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Linear Regression Models of Sense of Balance with Near-infrared Spectroscopy2020

    • Author(s)
      Shigehiro Toyama, Mizuki Okonogi, Yasuko Tsuchida, Kenji Kamimura and Fujio Ikeda
    • Organizer
      The 5th International Conference on "Science of Technology Innovation" 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Smart Maneuvering Assist System by Galvanic Vestibular Stimulation2019

    • Author(s)
      Keisuke Otani, Shigehiro Toyama, Kenji Kamimura, Fujio Ikeda
    • Organizer
      ACM CHI Conference on Human Factors in Computing Systems 2019, Asian CHI Symposium, (2019), No.14.
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaluation of Sense of Balance by Brain Function Analysis with NIRS2019

    • Author(s)
      Mizuki Okonogi, Yasuko Tsuchida, Shigehiro Toyama and Kenji Kamimura
    • Organizer
      The 4th International Conference on "Science of Technology Innovation" 2019, (2019), STI-9-41.
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Presentation of lateral acceleration with visually induced illusion of self-motion2019

    • Author(s)
      Shouhei HARA, Tetsuya TAKAMATSU, Kenji KAMIMURA, Sigehiro TOYAMA
    • Organizer
      The 4th International Conference on "Science of Technology Innovation" 2019, (2019), STI-9-61.
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Haptics Interface for Smart Assist Maneuvering System2019

    • Author(s)
      Keisuke Otani, Yuki Nakamura, Shigehiro Toyama, Kenji Kamimura and Fujio Ikeda
    • Organizer
      The 4th International Conference on "Science of Technology Innovation" 2019, (2019), STI-9-40.
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 近赤外線分光法を用いた脳機能分析による平衡感覚の評価2019

    • Author(s)
      小此鬼瑞季,土田泰子,外山茂浩,上村健二
    • Organizer
      令和元年度(第29回)電気学会東京支部新潟支所研究発表会予稿集、(2019)、NGT-19-080.
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Reproducibility of Acceleration Sensation by Galvanic Vestibular Stimulation for Smart Assist Maneuvering System2018

    • Author(s)
      Keisuke Otani, Kazu Irisawa, Shigehiro Toyama, Kenji Kamimura and Fujio Ikeda
    • Organizer
      The 6th International Conference on Smart Systems Engineering,
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Operability evaluation for Smart Maneuvering System with simplified ship simulator2018

    • Author(s)
      Kazuya Kawamata, Shigehiro Toyama, Kenji Kamimura and Fujio Ikeda
    • Organizer
      The 6th International Conference on Smart Systems Engineering,
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Haptics Interface for Smart Assist Maneuvering System2018

    • Author(s)
      Yuki Nakamura, Keisuke Ohtani, Shigehiro Toyama, Kenji Kamimura and Fujio Ikeda
    • Organizer
      The 6th International Conference on Smart Systems Engineering,
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Vection Stimulation for Smart Assist Maneuvering System2018

    • Author(s)
      etsuya Takamatsu, Kenji Kamimura, Shigehiro Toyama
    • Organizer
      The 6th International Conference on Smart Systems Engineering,
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2021-12-27  

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