歩行時における外乱刺激が姿勢保持へ及ぼす影響の解明と転倒予防への応用に関する研究

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26350667
• 研究機関: 北海道科学大学
• 研究代表者: 敦賀 健志 北海道科学大学, 保健医療学部, 准教授 (60337011)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 滑り / 転倒予防 / 姿勢制御 / 靴 / フィードバック

研究実績の概要

本研究では高精度な転倒予防技術を確立するため、歩行時の「外乱刺激（不意な足部の滑り）」が姿勢保持へ及ぼす影響を解明することが目的の一つである。平成26年度以降、歩行動作時の被験者に「外乱刺激」を呈示する「外乱刺激呈示システム」のスペック検討および製作に必要な情報の収集を行ってきた。本外乱刺激呈示システムとは小型軽量な床反力計を有し、歩行路の途中に配置され、被験者の足部が床反力計を踏んだことを検出した後、瞬時に床反力計を前方に移動させることにより擬似的な足部の滑りを発生させる仕組みとなっている。平成27年度において、先行研究などを参考に本システムに必要なアクチュエータ等を選定したが、当初の機構（ACサーボモータとボールネジによる直動運動）は安価ではあるが、必要なスペック（特に床反力計に動かす際の加速度）に対するマージンが少なかった。そこでシステムとしての有用性、発展性を向上させるために、システムの構造を大幅に変更することとした。具体的にはアクチュエータとして高出力、高精度なリニアサーボモータを採用することとした。これによりボールネジの慣性モーメントなどにより制限されていた床反力計の加速度範囲を拡大させることが可能であると考えている。しかし、機器の価格上昇に対する部品の再選定、およびサブミリオーダー精度の製作技術などに関して検討する事項が多くシステム設計にさらなる時間を要してきた。現在、部品の選定が終わり、早急にシステムの製作を行っていく予定である。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

平成26年度の計画では歩行時における外乱刺激呈示システムを構築し、「外乱刺激」が姿勢保持へ及ぼす影響と要因の定量化を検討し、平成27年度では「外乱刺激」の検出方法を検討し、計測技術を開発することであった。本システムに関しては完全に独自のシステムとなるため設計から全てを行わなければならず、また構造の大幅な変更を行ったため、システム構築に関してかなりの時間を要している。
当初の計画からすると「遅れている」という判断をせざるを得ないが、設計を変更したことでシステムとしての有用性は向上しており、貴重な予算を投じてシステムを製作することを考えると、時間はかかっているがより良い選択であったと考えている。

今後の研究の推進方策

平成28年度は、外乱刺激呈示システムを用いて「ヒトが感じうる外乱刺激」や「姿勢を崩すに至る外乱刺激」を定量的に評価する。そのデータからエッセンスを抽出し統合的に解析することで、「滑り」を検知、もしくは予測するアルゴリズムを構築する。
システムの構造を大幅に改善したことにより、より多様な「外乱刺激」が呈示可能であり、「外乱刺激」が姿勢保持に及ぼす影響の解明に大きく寄与し、より精度の高い評価ができると考えている。本来、平成28年度に予定していた、「外乱刺激」を検知した時点で利用者に注意喚起を行う高機能型転倒予防靴の試作と評価に関しては、時間的な制約を受ける可能性が高いが可能な限り進めて行く。
そして、実験結果を速やかにまとめていき、生体工学や福祉支援工学の分野を中心に、発表を行っていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

平成26年度に製作する予定であった「外乱刺激呈示システム」（備品）に関して、必要となるスペックの再検討、および構造の大幅な見直しを行った結果、構成部品の購入がずれ込んだため次年度使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

既に「外乱刺激呈示システム」の再設計および部品の選定は終わっているので、速やかに構成部品の購入等を行う予定である。