視覚障害教育における情報補償機能を備えた動作分析シミュレータの開発

• 研究課題/領域番号: 19K14311
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分09070:教育工学関連
• 研究機関: 筑波技術大学
• 研究代表者: 佐久間 亨 筑波技術大学, 保健科学部, 講師 (60646842)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2021年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 視覚障害 / 筋電図 / 直観的理解 / 運動学 / 教材 / 触覚 / 情報補償 / 理学療法士 / 教育 / ロボット

研究開始時の研究の概要

視覚障害学生の理学療法学教育において，身体運動の力学的メカニズムを学ぶ臨床運動学の教材として，触覚情報を媒介とした動作分析シミュレータを開発する．
課題1　ヒトの基礎的動作をモーションキャプチャシステムで収集し，得られたデータは動作の種類，年齢，性別，障害の種類および重症度で整理しデータベース化する．
課題2　ヒト動作データをヒューマノイドロボットに入力し動作を再現する．関節の角度変化や力発揮パターンなどの時系列データを点図ディスプレイに再生する．
課題3　課題2の技術が視覚障害教育における教材として有効であるか，実際の学生を対象とした模擬授業を通じて検証する．

研究実績の概要

本研究の目的は視覚障害を有する理学療法学専攻学生のための運動学分野の教材を作成することである。本年の実績は以下の通りである。
１．筋電アニメーションシステムの開発
筋電アニメーションシステムは、スポーツセンシング社の無線筋電センサとSDK、そしてGoogle社が提供するスケルトン（人型の骨組み）トラッキングAPIであるMediapipeを使用して開発を行った。このシステムでは、Webカメラから取得した人の画像に半円とスケルトンを重畳することで、筋肉のはたらきや身体の動きをリアルタイムに可視化している。ここで、半円は筋電位の大きさを表し、スケルトンは身体の動きを見やすくするために用いている。システムの実装では大きく分けて可視化とUI・操作性の2つの点を工夫した。
２．視覚障害学生の運動学教育への筋電アニメーションシステムの活用
基礎運動学実習はヒトの身体運動をバイオメカニクスの観点から学ぶもので、理学療法学専攻の2年生を対象としている。筋電アニメーションシステムは、本実習における「立ち上がり・座り込み動作の分析」と「歩行動作の分析」で動作中の筋活動の大きさと力発揮のタイミングを観察する手段として用いられた。無線型筋電センサの取り付けと実験被験者は学生達が交代で務めた。計測データはリアルタイムで大型ディスプレイにアニメーションとして表示され、教員が解説を加えた。実習時間は180分であった。実習終了時には筋電アニメーションシステムの視覚障害補償の有用性について学生からアンケートをとった。動作分析において筋活動を捉える手段として、筋電アニーメンションは筋電図波形と比べて理解しやすかったですか、という問に対して、50％の学生が「理学しやすい」と答え、残りの50％の学生は「どちらでも同じ」と回答した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

筋電情報のアニメーション描画に関して、素早い動き（例：早歩き）では実際の筋活動のタイミングとの時間的タイミングのズレが生じてしまい、さらなる改良が必要である。

今後の研究の推進方策

上述した筋活動計測からアニメーション描画の間に起こる時間的ズレを解消するとともに、視覚障害学生の「見えやすさ」に資する色彩の設定、録画機能、スロー再生機能等を付加する予定である。