| 研究概要 |
本研究では動的な環境下における人間らしいリーチング運動を表現する数学モデルを構築する。運動解析に関しては,通常と異なった動的環境に対する人間の運動技能の形成を調べるため,高自由度柔軟物体の移動を伴うリーチング運動の解析を行った。実験では,任意個数の質点からなる柔軟仮想物体の運動を模擬できかつ剛性と質量を任意に指定できるよう,ファントムを用いた接触インターフェースを構成した。被験者には,初期点で静止状態にある手と物体を,目標点に移動させ,目標点では手および柔軟物体を滑らかに停止させるよう指示した。その結果,移動速度の時間変化プロファイルは,自由空間の場合に共通して見られるベル型とは異なり,本実験では質量と合成の組み合わせによっては2つの山を有する型になることが観測された。このような移動パターンを理論的に予測するために,ここでは,手の最小ジャーク移動モデルを解析的に定式化し,実験結果と合うことを確かめた。本モデルは,一つの質点だけからなる柔軟物体の場合について最近脳の計算理論の分野で提案された物体の最小クラックルモデルによる予測結果とほぼ一致する。しかし,多数の質点からなる柔軟物体の場合には明らかに異なった予測結果を与えている。この結果は,人は環境の動的な性質を考慮しつつ,手座標の空間で腕の運動計画をしていることを示唆するものである。次にリーチング運動について最適制御の観点から解析し,境界条件の役割について調べた。あるリーチング運動では,通常用いられる境界条件では実験データを十分に再現することができない。このため代わりに,重み係数を用いた形での新たな境界条件を提案した。提案した条件を用いることで,十分正確に実験データを再現することができる。
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