| 研究課題/領域番号 |
19K19865
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分59010:リハビリテーション科学関連
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| 研究機関 | 法政大学 (2022)
東京大学 (2019-2021) |
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研究代表者 |
武田 伊織 法政大学, 理工学部, 助手 (70792266)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | CFRP / 歩行支援 / 装具 / Deep Learning / OpenPose / モーションキャプチャ / 歩行解析 / トポロジ最適化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を活用した軽量かつ高強度な歩行支援装具の開発を目的としている．
金属フレーム装具は運動障害者の歩行支援に有用だが，重い（約2kg）ため，使用を断念する患者も多い．申請者は，金属に比べ軽量であるCFRPに着目し，パラリンピック選手用の義足を参考にした装具を考案した．この装具の開発のため，まず①脚が受ける反力と支援効果の大きさを考慮し，装具全体の設計を行う．次いで，②脚と接する箇所を中心に装具のトポロジ最適化を行い，軽量化を図る．最後に，③実際に作製した装具を用いて歩行試験を行い，その支援効果を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の復元力を利用した歩行支援装具を開発した．理学療法士へのヒアリングを元に設計を進め，トポロジ最適化によって軽量化を目的とした装具の設計指針を得ることが出来た．また，歩行時の筋使用量の評価によって，その支援効果を実証した．筋使用量が減少する条件がある一方で，被験者によってはCFRPの復元力を前進のエネルギに変換できない場合もあった．CFRPの厚さは装着者によって至適な条件が存在し，また装具は装着者の身長に合わせた調整が重要であることが示唆された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，CFRPを歩行支援装具に応用している．現在処方されている装具は，金属製支柱を有するため重く，歩行を支援する機能は無い．本研究ではCFRPバネを活用することで，軽量かつ自身の体重を歩行支援に変換できる装具を実現しており，リハビリテーション分野における独自性の高い知見が得られている．また，副次的に，人工知能による姿勢解析技術が既存のモーションキャプチャに匹敵する精度を持つことがわかった．これにより，専用のスタジオに限定されること無く，屋外等の従来では困難だった環境での姿勢解析が可能であることを明らかにした．
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