高度感覚機能を有し生体による随意運動可能な次世代人工肢開発に関する基礎的研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09450103
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 満渕 邦彦 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 教授 (50192349)
• 研究分担者: 鎮西 恒雄 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (20197643) ; 國本 雅也 横浜労災病院, 神経内科, 部長(研究員) ; 石川 正俊 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (40212857) ; 鈴木 隆文 東京大学, 国際・産学共同研究センター, 助手 (50302659) ; 源野 広和 三洋電機株式会社, メカトロニクス研究所, 担当課長(研究員)
• キーワード: 人工肢 / 人工感覚 / ロボットハンド運動制御 / マイクロ神経電極 / マイクロニューグラム法 / 機能的電気刺激 / 神経再生 / 圧分布センサー(感圧ゴム)

研究概要

感覚系については、感覚受容ユニットに対する電気刺激のモード(主に繰り返し周波数)と生成される感覚強度、及び、圧受容器に対する機械的刺激と神経線維に生じるパルス周波数との間の定量的評価を行うためのシステムの作成と、同システムを用いた解析、さらに、複数の感覚受容ユニットを同時刺激した際に、個々の受容ユニット刺激により生じる感覚がどのように相互作用を及ぼしあうかについての解析を行った。また、これらの結果を用いて感覚伝達システム(ロボットハンドの手指に装着した感圧ゴムセンサーに加えられた圧刺激を電気刺激の周波数に変換し、被験者の感覚神経線維に入力する事によって被験者に圧感覚を生じさせるというシステム)の改良を行ない、良好な作動結果を得た。
運動系に関しては、マイクロニューログラム法を用いて、被験者の正中神経から遠心性の運動神経信号の計測を行ない、逆にこの遠心性運動神経を電気パルス列で刺激する事によって望む手指の運動を起こさせるという試みを行ったが、この神経刺激による運動系の制御に関しては、手首以下の正中神経中には運動神経の線維の数が多くないことや筋肉収縮の際に生じる節電などのノイズの問題等により、まだ、成功症例数が少なく、現在、これらの問題の解決に努めている。
電極に関しては、ポリイミドフィルム上にリフトオフ法によって白金のパターン層を形成し、カバーレイ層は液体ポリイミドをコートして、エッチングによって電極部を露出させるという方法を試み、この改良によって、より微細化と電極金属の生体適合性の向上が可能となった。長期安定、多チャンネル化、微細化、生体適合性を目標とし、種々のサイズ・形状の試作品を作成し、適宜ラットへの埋め込み実験を行って形状などに関して設計へのフィードバックを行っている。電極と神経の接合部における神経再生促進因子塗布や人工シナプス素子などに関しても検討中である。

研究成果

• [文献書誌] K. Mabuchi: "A system of interpreting somatic sensations for use with artificial hands and limbs"Proc of 2lst International Conference of the IEEE EMBS (CD-ROM Version). (1999)
• [文献書誌] T.Suzuki,K.Mabuchi: "The Electrical Control of Pressure Sensations : The Relationship Between Stimulation Signals and Subjective Intensities and Areas"Proc of 2lst International Conference of the IEEE EMBS (CD-ROM Version). (1999)
• [文献書誌] 棚橋ひとみ,下条誠: "感圧導電性ゴムを用いた頭圧分布の計測法"織消誌. 40-9. 605-610 (1999)
• [文献書誌] 鈴木隆文: "神経電極とマイクロマシニング"Clinical Engineering. 10(1). 52-56 (1999)
• [文献書誌] 國本雅也,満渕邦彦: "バイオニック医療へのマイクロニューログラムの応用"BME. 13(10). 34-44 (1999)
• [文献書誌] K. Mabuchi: "Relationship between an intraneural electrical stimulation signal to a slow adaptive mechanoreceptor unit and the evoked artificial pressure sensation"Artif Organs. 23(7). 671 (1999)
• [文献書誌] T. Suzuki, K. Mabuchi: "Development of a system for experiencing tactile sensations from an artificial arm by electrically stimulating sensory nerve fiber"Proc. of the EMBEC'99. 776 (1999)
• [文献書誌] T. Suzuki, K. Mabuchi: "Incorporating a pressure-sensation function into an artificial arm system"Artif Organs. 23(7). 674 (1999)
• [文献書誌] 下条誠.満渕邦彦: "ワイヤ縫込方式によるシート状触覚センサの試作"日本ロボット学会学術講演会. 169-170 (1999)
• [文献書誌] 下条誠.満渕邦彦: "ワイヤ縫込方式によるシート状触覚センサ"日本機械学会ロポメカ講演会'99講演論文集. CD-ROM. 1P1-67-101(1)-(2) (1999)
• [文献書誌] 鈴木隆文,國本雅也: "感覚神経への電気刺激による人工感覚生成に関する基礎的研究"医用電子と生体工学. 37特. 326 (1999)
• [文献書誌] 鈴木隆文,國本雅也: "感覚神経線維置気刺激による人工触圧覚呈示システムの開発"日本バーチャルリアリティ学会第4回大会論文集. 451-452 (1999)
• [文献書誌] 鈴木隆文,斎藤敬: "感覚神経電気刺激による人工触圧覚生成法の検討"第14回生体・生理工学シンポジウム論文集. 23-26 (1999)
• [文献書誌] Akio Namiki, Masatoshi: "High Speed Grasping Using Visual and Force Feedback"Proc. IEEE. 3195-3200 (1999)