| 研究課題/領域番号 |
20K12737
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| 研究機関 | 秋田工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
宮脇 和人 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (00390906)
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| 研究分担者 |
島田 洋一 秋田大学, 医学系研究科, 教授 (90162685)
齊藤 亜由子 工学院大学, 先進工学部, 助教 (90710715)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | バイオメカニクス / 福祉工学 |
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| 研究実績の概要 |
「高齢者のフレイル予防を目的とした雪中歩行用の転倒予知機能付きソリ型歩行器の開発と評価」が本年度の研究課題ある。
高齢者の健康寿命を延ばすためにはフレイルの予防が有効である。フレイルとは要介護と健康の間の状態であり、加齢に伴う機能低下による「要介護の予備群」状態を指し、放置すると転倒、要介護、死亡などにつながるが、運動や栄養などにより、健康状態に戻ることができる。このフレイルは運動することで予防可能となる。しかし、北国の冬は長く雪に閉ざされているため、屋外で運動することをためらう高齢者が多く、運動不足が雪国特有の課題である。本研究は北国の雪深い冬でも利用できるように車輪部をソリ型とし、駆動部はクローラを用いたソリ型の電動歩行器を開発する。秋田県の65歳以上の割合を示す高齢化率は38.5%と過去最高を更新し、全国1位の高齢者県である。【令和３年７月１日現在】加齢に伴い骨や関節、筋肉などの運動器の衰えが原因で「立つ」「歩く」「座る」といった機能が低下している高齢者が多くなってきており、フレイルに該当する患者が増加している．適度な歩行はフレイル予防のひとつであるが、東北地方や北海道などの積雪地域では、歩行機を使う高齢者の歩行が困難である．秋田県など東北地域の冬季は雪に閉ざされることが多く外での運動はほとんどできない。そのためこの機器の開発場所は雪が降り積もる秋田県が最適である。
試作したソリ型の電動歩行器をユーザが利用し、その有効性をモデルベースシミュレーション技術により評価する。モーションキャプチャシステム（Vicon）と床反力計を組み合わせた三次元動作解析装置を利用した生体情報計測技術と、下肢運動に重要となる筋骨格モデルを利用したモデルベースシミュレーション技術により利用者の各関節や筋肉にどのような力が発生しているかを評価してソリ型の電動歩行器の有効性を定量的に示す。
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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
ソリ型電動歩行機は雪上での利用に対応するため，地面に接する部分にソリを搭載している。さらにクローラロボットを搭載し，電子制御にて一人ひとりの身体や歩行にあった歩行機とした。クローラロボットはDCモータを用いて動かす。歩行機の持ち手部分には距離センサがついており，被験者の腰との距離を計測し，クローラロボットの出力をArduino互換ボードを利用して調節する。距離センサは腰の右端と左端を常に計測しており，被験者が進行方向を変える際は，クローラロボットも同じ方向へと動く。歩行機全体の寸法は横幅630mm，高さ930mm，奥行き630mmとなっている。クローラロボットの寸法は横幅280mm，高さ100mm，奥行300mmとなっている。
三次元動作解析装置は，反射マーカ，赤外線カメラ，測定ソフトを用いて動作の測定を行う。人体の主要関節にマーカを取り付け，カメラがマーカを追跡する。カメラで追跡したマーカを測定したソフトを用いてデータの計測を行う。反射マーカは両面テープを用いて各測定箇所へ貼り付ける。表面が微小なビーズで覆われており，カメラから入射した光は反射，屈折により再びカメラへと戻り，マーカを認識する。赤外線カメラVicon Bonita 10を用いて8台のカメラでマーカを認識した。測定は誤差0.1mmでサンプリング周波数が100Hz(1/100秒)で測定が可能である。測定ソフトはVICON社製のVICON NEXUS2.1.1を用いた。このソフトでは人間のさまざまは動きを三次元の座標データとして計測，解析することが可能である。
被験者は健常男性3名である。被験者には上肢19点，下肢16点，計35点に両面テープで反射マーカを取り付けて測定を行う。また，床反力の測定のため，被験者にはあらかじめ歩行路に設置された床反力計の上を歩行した。
以上のように今年度は概ね順調に進展した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでソリ型電動式歩行器を製作した。材料にはアルミ形材を使用し、ソリ型電動歩行器のコントロール手法として、距離センサを用いてソリ型歩行器と利用者の距離を保ちながら歩行補助を行うシステムを構築した。今後はデザイン性や操作性を考慮するとともに歩行補助システムの高度化を図る。
デザイン性に関してはユニバーサルデザインの原則を取り入れて、高齢者だけではなく健常者も冬期の積雪時に転倒から逃れ安全に歩行できる歩行器を検討する。また、操作性に関しては健常者が利用する場合は歩行補助の利用だけではなく荷物の運搬目的の機能を追加し、歩行器のコントロール手法としてはシステムの応答性と精緻性を向上させる。
新しく開発したソリ型電動式歩行器をユーザが利用した場合、そのユーザにとってソリ型電動式歩行器が有効かどうかを定量的に評価する必要がある。歩行解析にはモーションキャプチャシステムを利用するため、屋内での実験となる。そこで、可搬式のモーションキャプチャシステムと、安価で高精度なセンサとして注目されているIMUセンサを用い屋外において歩行動作を計測する。開発したソリ型電動歩行器がどれぐらいユーザに役立つのかを定量的に評価する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
理由：本年度に予定されていた機械学会年次大会等がリモート開催となったので旅費に未使用額が生じました。また、本年度開催予定の国際学会MHS2021（ International Symposium on Micro-NanoMehatronics and Human Science ）がリモートでの開催となったので旅費、その他に未使用額が生じました。
歩行器の実験に利用する動作解析装置がすでに導入済みの装置で利用可能であったので物品費に未使用額が生じました。
使用計画：成果発表、技術調査の旅費および、歩行実験で利用するソリ型電動歩行機の製作および計測装置などを物品費として使用する予定です。
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