| 研究課題/領域番号 |
19H04503
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| 研究機関 | 大分大学 |
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研究代表者 |
菊池 武士 大分大学, 理工学部, 教授 (10372137)
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| 研究分担者 |
池田 真一 大分大学, 医学部, 助教 (70444883) [辞退]
福永 道彦 大分大学, 理工学部, 准教授 (90581710)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 生体支援 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，真に人間親和性の高い生体支援機器を実現するために，① 人の運動軸と機器・器具の運動軸との「ズレ」が身体に与える負担の定量評価法の確立，②「ズレ」による負担を最小化し，補助効果を最大化する機器の設計手法の確立を目指す．まず①を達成するために，せん断力検出シートを用いる．本シートは，凹凸シート，着色シート，記録シートの３部材から構成され，シート間の相対運動によって転写される記録痕から，人間―機械間のせん断（ずり）方向の負担を推定する．これにより，既往研究で容易ではなかった，「靴ずれ」のようなせん断方向の負担を定量化できる．次に②を達成するために，生体膝模擬関節によるパワーアシスト機構，および非線形柔軟関節による足関節アシストを発展・応用する．２０２１年度においては，非線形柔軟関節による足関節アシストの開発を行った．具体的には，足部の下垂足を防止し，かつ歩行を阻害しない機械特性と幾何学形状を有する三次元プリンタで造形可能な柔軟フレームと，その湾曲部に内蔵され，かつ靴に固定可能な弾性体を開発した．また，想定ユーザであるフレイル高齢者への聞き取り調査から，器具の開発における３ステップの要求項目（装着時，使用時，収納時）の内，装着時のユーザビリティを向上させることを目的として，装着にかかる時間と装着中の不必要な足首運動を軽減することが可能な形状デザインを実施した．２０２０年度以前に開発した装置に比べ，装着時間は短縮に至っていないが，装着時の足首の不必要なひねり動作を半減することが可能な器具となった．また，使用時の背屈補助効果を検証する目的で，健常男性１０名を対象とした歩行実験を実施した．筋電および角度計測の結果，歩行を妨げることなく，立脚初期および遊脚期の底屈補助効果があることが確認された．
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| 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
２０２０年度発案した異なる半径を用いて生体適合性の高い関節中心起動を再現するPolycentric膝関節の要素技術について，特許出願した．また現在，この膝関節のばね特性を自動で調整可能な新たな機構について出願準備中である．足関節の背屈運動を補助する三次元運動可能な歩行支援靴については，炭素繊維強化プラスチックによる造形が可能な３次元プリンタで一体成型した柔軟フレームを用いた新たな装具を開発し，その有効性を実験的に検証した．これらの成果は，査読付き国際会議論文３件，国内学会発表4件で報告した．以上の理由により，研究は計画通りおおむね順調に進展していると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
２０２１年度において当初計画の内容を概ね達成することができたため，２０２２年度に関して当初予定通りに研究を遂行する．具体的には，２０２０年度，２０２１年度に開発した膝アシスト，足首アシストの両装置に対して，複数回の試作と評価を繰り返し，表在・深部の負担軽減法に基づく最適化設計手法を確立する．これを達成するために，当初予定していたせん断力検出シートだけではなく，動作分析装置の計測データと筋骨格モデルに基づく関節運動のシミュレーションも実施する．また，ユーザの主観評価としてVASによる痛みの評価，NASA-TLXによる身体・精神面の負担評価も行う．
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