身体障害者のための埋め込み型運動系補助脳の開発に関する研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08875082
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 山海 嘉之 筑波大学, 構造工学系, 講師 (30183833)
• キーワード: 身体障害者 / 補助脳 / 運動制御系 / FES / CPG / フェーズシーケンス / GA / リカレントニューラルネットワーク

研究概要

本研究では、運動中枢神経系からの信号伝達に障害を有している障害者に、新たに生体以上に適応的な補助脳(人工運動中枢神経系)を組み込むという発想で、生体が本来有する運動制御系とは別に人工的に付加された補助脳での制御を実現しようとするものである。特に、身体障害者・歩行困難者を対象として、障害を有する運動制御中枢神経系の機能を人工的に代行する補助脳を開発し、将来的にこれを障害者の方に組み込むことを目標としている。さらに、これを超軽量外骨格系舗装具と組みあわせることにより、適応自律協調型ハイブッリド運動支援システムの設計論への展開も検討する。
実験段階では、本来直立や2足歩行をしない実験動物に2足での直立姿勢制御や2足歩行を創発的・自己組織的自律運動制御によって行わせることなどが考えられるが、動物実験は最小限とし、主に生体パラメータを有する筋骨格系生体シミュレータを用いて研究の遂行にあたった。
平成9年度研究実績は下記の通りである。
1)生体の筋肉特性を有するシミュレータを開発することが出来た。
2)リカレントニューラルネットワークと遺伝的アルゴリズムで構成される人工運動中枢神経系に信頼性機構として解析的運動制御系を並列に配置し、これにセンサー系感覚フィードバックを組み込むことによる補助脳系のカーネル開発を遂行することが出来た。
3)生体シミュレータを用いて、人工運動中枢系“補助脳"の運動獲得特性を確認した。その際、筋肉として36本の拮抗筋モデルを用いた。
4)小動物などへの本補助脳の組み込み実験を行い、基礎実験を終了した。
5)ロボット工学、制御工学における姿勢制御・歩行アルゴリズムの導入と比較し、創発機能と新たに提案したフェーズシーケンス手法の比較を行ない、両手法の統合に運動適応機能の大幅な飛躍が期待出来ることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] 藤原, 山海: "創発的学習能力を持つ運動制御系と歩容シミュレーション" 日本ロボット学会誌. 16(2). (1998)
• [文献書誌] Y.Sankai et.al: "Method of Noninvasive and Continuous Hemolysis/Thrombogenesis Measurement by LASER Photometry for the Artificial Heart Developmen" ASAIO Journal. 43(5). 682-686 (1997)
• [文献書誌] K.Fujiwara, Y.Sankai: "A DAPTIVE AND EMERGENT MOTION CONTROLLER FOR BIOLOGICAL SYSTEMS BY USING ARTIFICIAL CPG" (JSME CENTRAL GRAND CONGRESS) Proc.of INTERNATIONAL CONF.ON NEW FRONTIERS IN BIOMEDICAL ENGNEERING. 187-188 (1997)
• [文献書誌] 山海, 新居, 狩谷, 安部: "Parallel Computation/Control Methodand Real-Time Control System for Robot by utilizing Digital Signal Processor" Journal of Robotics and Mechatronics. 10(5). (1998)
• [文献書誌] 竹宮, 山海 他: "運動適応の科学" 杏林書店, 300 (1998)
• [文献書誌] Sankai, et al: "Artificial Life and Robotics vol.2" Springer-Verlag, 200 (1998)