| 研究課題/領域番号 |
21H01270
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
吉田 勝俊 宇都宮大学, 工学部, 教授 (20282379)
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| 研究分担者 |
山仲 芳和 宇都宮大学, 工学部, 助教 (00804238)
嶋脇 聡 宇都宮大学, 工学部, 教授 (10344904)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
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| キーワード | 重心動揺 / 平衡機能 / システム同定 / 確率密度関数 / 粒子群最適化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
応募者らの独自技術により，重心動揺検査（平衡機能の異常を検出する検査）の方法論を，世界に先駆けて刷新する．本来，平衡機能の異常は，人体というシステムの異常として捉えるべきだが，従来技術では，人体が出力する重心動揺のピーク・トゥ・ピークや，スペクトル密度など，出力の異常値のみが評価対象となっている．その結果，傷病の種類によっては,健常との有意差が出ない等の問題点が報告されている．これに対して，本研究では，独自技術を用いて，重心動揺データの確率分布を再現するランダム制御系モデルを構築し，モデルパラメータを同定することで，様々な被検者の平衡機能特性を，システムパラメータ表示する新手法を開拓する．
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| 研究実績の概要 |
本研究は，応募者らの独自技術により，重心動揺検査の方法論を，世界に先駆けて刷新するものである．そのために，重心動揺データの確率密度関数を記述するランダム制御系モデルを提案する．これと重心動揺データの実測値に基づき，提案モデルのシステムパラメータを同定することを目的とする．
本年度の主な成果として，足圧中心動揺の動的モデル表現を得るために，床面に2点粘弾性支持された倒立振り子型の力学モデルを提案し，その有効性を検証した．提案モデルの数値解から得られる粘弾性反力の垂直成分について，ゼロモーメントポイントを算出し，これを足圧中心の計算値とした．さらに，提案モデルに加法雑音と乗法雑音を考慮したランダム制御系モデルを導出し，その数値解から，確率密度関数の計算値を得た．得られた確率密度関数の計算値を，前年度までの実験で得られた確率密度関数と比較したところ，モデルパラメータを適切に設定することで，単峰性（ピークが１つ），双峰性（ピークが２つ）のいずれの場合についても，実験結果をよく再現する計算結果を得ることに成功した．
その他，本研究の要素技術を与える成果として，確率密度関数の実験値と計算値の残差計算を高速化するために，Fokker-Planck方程式の数値的な残差を利用する新手法を開発し，その有効性を確認した．また，本研究の最適化計算において避けるべき，局所最適化の問題を解消するために応募者らが提案したアルゴリズム（Gravitational Particle Swarm Algorithm）をさらに拡張し，多解探索問題に対する有効性を示した．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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