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2017 年度 実績報告書

深層筋肉の運動機能・感覚機能トレーニングのための運動知覚統合アシストシステム

研究課題

研究課題/領域番号 17H03195
研究機関北海道大学

研究代表者

田中 孝之  北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (10282914)

研究分担者 島谷 康司  県立広島大学, 保健福祉学部, 教授 (00433384)
栗田 雄一  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80403591)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードアシスト技術 / 運動知覚 / ヒューマンインタフェース / バイオフィードバック / 人間拡張 / 軽労化
研究実績の概要

本研究の要素技術として,センシング技術,インタフェース技術,運動知覚誤差モデリング,個別トレーニングプログラムの設計を行った.
(1) ウェアラブル骨盤底筋群活動センシング:膣挿入型筋電位計による直接計測,超音波エコーを用いた膀胱挙上量計測による間接計測と従来の骨盤底筋群活動計測に代わる方法として,骨盤底筋群との筋シナジー(筋活動の連動)が確認されている腹横筋や骨盤底筋群を覆う臀筋の表面筋電パタンより,会陰部表面より得た骨盤底筋群活動を推定するウェアラブルセンシング技術の試作を行った.
(2) 間接的運動教示インタフェース:直接的に運動刺激を与えることが困難な深層筋肉である骨盤底筋群に対して,筋シナジーを活用して腹横筋に圧迫刺激を加えることによって,骨盤底筋群に間接的に運動教示を与えるインタフェースを開発した.(1)の成果を活用して,視覚的に運動教示するインタフェースを開発し,そのトレーニング効果を確認した.
(3) 運動感覚定量化と運動知覚誤差の確認:運動教示インタフェース開発の段階で,骨盤底筋群は運動(筋収縮力)と感覚(収縮感)との間に誤差が生じやすいことを確認した.被験者数が少ないことから,骨盤底筋運動と感覚量との関係をモデル化し,運動知覚に誤差が生じる原因を生体力学的に解明するまでには至っておらず,今後の課題とした.
(4) 骨盤アライメント計測に基づくトレーニングプログラム設計:骨盤底筋群の活性度が姿勢によって影響を受けることを確認している.骨盤底筋群を活性化しやすい効果的な運動プログラムの基礎を築く.骨盤の歪みから受ける骨盤底筋群活性度の影響を考慮するため,X線・MRI撮像した骨盤アライメントの計測結果を反映した筋骨格動力学モデルを用いて,個人に適した骨盤底筋群の活性度を高めやすい姿勢を求め,個別トレーニング運動プログラムを設計するための基礎的知見を得た.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

今年度計画した要素技術の開発の内,センシング技術,インタフェース技術,個別トレーニングプログラムの設計では,計画書通りの一定の成果を得ている.これらによって,筋シナジーに基づいた間接的インタフェースを用いたバイオフィードバックによる骨盤底筋群の運動知覚統合で良好な成果を得た.国内外の会議に採択され,対外発表も行う予定である.
一方,運動知覚誤差モデリングでは,被験者が少なく,運動知覚誤差のモデリングには至っていないが,骨盤底筋群の運動と感覚との間に誤差が生じ,バイオフィードバックにより,それらが統合可能である可能性があることを示しており,次年度にモデリングを実施して,さらに効果的な運動知覚統合アシストの実現を目指す.

今後の研究の推進方策

ウェアラブル運動知覚統合システムを開発し,運動機能,感覚機能の向上に対して,その効果を評価する.
骨盤底筋への直接的刺激を予定していたが,着用の違和感から実用性に問題があると判断し,本年度開発した間接的インタフェースの性能向上を行う.筋シナジーを活用して腹横筋に刺激を加えることによって,表面筋電計測に影響を及ぼさないよう,振動刺激による運動教示を行い,骨盤底筋群に間接的に運動教示を与えるインタフェースを開発した.腹横筋への刺激強度,パタン,タイミングなどを精査することで,トレーニング効果の向上を目指す.当初計画では,直接的インタフェースの開発を目指していたが,間接的インタフェースに良好な成果が得られたこと,またユーザの心理的な負担を考慮して,間接的インタフェースの性能向上に注力することとする.
次に,運動知覚誤差モデルを実施し,更に個別に同定させる.また,運動教示のための振動刺激と筋収縮力の増減との関係を個別に同定する.これらにより,筋収縮力と収縮感とを統合させるために運動教示インタフェースから与える刺激強度パタンを導出する.更に,筋力トレーニング,感覚フィードバック・フィードフォワード機能向上,それぞれの目的別に運動教示を取り入れたトレーニング運動プログラムを設計する.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2018 2017

すべて 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 9件)

  • [学会発表] A soft exoskeleton suit to reduce muscle fatigue with pneumatic artificial muscles2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Tsuneyasu, Ayumu Ohno, Yoshiyuki Fukuda, Kazunori Ogawa, Toshio Tsuji and Yuichi Kurita
    • 学会等名
      Augmented Human 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] 軽労化技術で創り出す軽労化社会2018

    • 著者名/発表者名
      田中孝之
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Individualization of Musculoskeletal Model to Analyze Pelvic Floor Muscles Activity2017

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Wakaiki, Takayuki Tanaka, Koji Shimatani, Tadayuki Iida, Yoshio Tsuchiya, Kazuya Sugihara and Yoshimi Sugiyama
    • 学会等名
      Digital Human Modeling Symposium 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Pelvic deformation estimation based on analyzing gait2017

    • 著者名/発表者名
      Wakaiki Tomohiro, Tanaka Takayuki, Shimatani Kouji and Tsuchiya Yoshio
    • 学会等名
      39th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 国際学会
  • [学会発表] 日常生活動作での個別筋力トレーニングのための骨盤筋骨格モデルの設計2017

    • 著者名/発表者名
      若生知宏,田中孝之,島谷康司,土谷圭央
    • 学会等名
      第35回日本ロボット学会学術講演会
  • [学会発表] 空気圧ゴム人工筋を利用した作業支援スーツのアシスト力設計2017

    • 著者名/発表者名
      常安孝輔,大野歩,福田克幸,小川和徳,辻敏夫,栗田雄一
    • 学会等名
      第18回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [学会発表] 腰部の負荷を軽減するスマートスーツの開発2017

    • 著者名/発表者名
      田中孝之
    • 学会等名
      計測自動制御学会ライフエンジニアリング部門シンポジウム2017
    • 招待講演
  • [学会発表] 人の生活と仕事を支えるロボット~ 軽労化アシスト技術開発から見る未来 ~2017

    • 著者名/発表者名
      田中孝之
    • 学会等名
      KRIクライアントコンファレンス&ワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] Soft exoskeleton to augment sports activity and support healthcare2017

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kurita
    • 学会等名
      Italy-Japan Workshop 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design of Human Machine Interface based on Understanding of Human's Motor and Sensory Capacitys2017

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kurita
    • 学会等名
      28th 2017 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 筋肉を着るスーツによるスポ体験の拡張2017

    • 著者名/発表者名
      栗田雄一
    • 学会等名
      繊維機械学会セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 力覚/触覚パワードスーツによる人の感覚運動機能の拡張とスポーツへの展開2017

    • 著者名/発表者名
      栗田雄一
    • 学会等名
      システム制御情報学会セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 持続的な成長を促すための運動アシスト技術2017

    • 著者名/発表者名
      栗田雄一
    • 学会等名
      広島キワニスクラブ例会講演
    • 招待講演
  • [学会発表] 身体性を考慮したヒューマンインタフェースの評価と設計への応用2017

    • 著者名/発表者名
      栗田雄一
    • 学会等名
      ImPACTプログラム合同ワークショップ ロボットイノベーションのためのヒューマン・インタフェース
    • 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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