JP7363896B2 - 生体誘導装置、生体誘導方法及び生体誘導プログラム - Google Patents
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Description
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る生体誘導装置の機能ブロック図である。生体誘導装置は、計測部1、刺激部2、データベース部3、入力部4、現状把握部5、比較部6及び制御部7を備える。
本第1実施形態の部分的な箇所に関しては、以下のような変形例が考えられる。
第1実施形態では、データベース部3を複数ユーザに対する実試験結果を基に作成している。データベース部3は、例えば、誘導対象のユーザUが、筋電センサ50を装着してから目的iEMGの値の入力を行うまでの間に得られたデータを用いて作成しても良い。例えば、ユーザUが目的iEMGの値を入力するまでの間に、様々な袋40の硬さを提示してユーザUに歩行してもらい、その際に得られたiEMGを提示した硬さのレベルと紐付けて登録することで、データベース部3を作成することができる。
第1実施形態では、筋電位の特徴量の一つである筋電位の積分量(iEMG)を、変える対象としている。変える対象としては、他の筋電位の特徴量、例えば、1歩中での筋電位の最大値である筋電位の最大振幅([V])、筋電位の最大振幅の一歩中のタイミング([%])、1歩中で筋電位が或る閾値以上となった割合である筋電位の活動期間([%])、なども考えられる。また、変える対象として、筋電位そのものも考えられる。例えば、或るタイミングの筋電位(例えば、1歩中の50[%]時の筋電位([V]))を大きくするように変える、あるタイミングの筋電位の増加率(例えば、1歩中の50[%]時と60[%]時の筋電位の差分([V]))を大きくするように変える、など、筋電位そのものを細かく変えることも考えられる。
第1実施形態では、歩行中のユーザUのふくらはぎを変える対象部位、足裏を刺激部2としての袋40の装着部位としている。しかしながら、ふくらはぎ及び足裏だけでなく、太もも、腕、腹などの、ユーザUの身体の任意の場所が対象部位または装着部位となり得る。例えば、スクワット中のユーザUの太もも、腕立て伏せ中のユーザUの腕、腹筋運動中のユーザUの腹、なども対象部位または装着部位となり得る。
第1実施形態では、平坦な道での歩行を想定しており、歩行時の道の状況については考慮していない。しかしながら、歩行時の道の状況を考慮して制御しても良い。例えば、坂道の場合は登り易いように踵部分の袋40が硬くなるよう制御し、ユーザUに、坂道が歩き易くなる歩き方がどのようなものであるのかを提示する、山道のようにでこぼことした道では、そのでこぼこによる衝撃を吸収できるよう袋40全体が柔らかくなるよう制御し、山道が歩き易くなる歩き方を提示する、などの制御を行う。このように、周辺環境に合わせた歩行をユーザUが学べるような制御方法を実施することが考えられる。
第1実施形態では、動的に変化させる性質の一例として、硬さを対象としている。しかしながら、硬さだけでなく、形状、温度、圧力なども、動的に変化させる性質の対象となり得る。また、これら複数の性質を組み合わせてユーザUに提示しても良い。各性質の実現手段は、プログラマブルに各性質を変えられる手法であれば、任意の手法が可能である。各々の一例を以下に示す。
第1実施形態では、ジャミング転移という物理現象を活用し、袋40の中の密度を変えることで、動的に袋40の硬さを変化させるものとしている。しかしながら、ジャミング転移ではなく、例えば、水量水圧(ダイラタント流体)、温度(特殊なプラスチック)、電気(電気粘性流体)、あるいは、磁力(磁性流体)によって、硬さが変わる物体を用いることで、プログラマブルに袋40の硬さを変化させることも考えられる。水量で硬さが変わる物体は、例えば、ダイラタント流体が挙げられる。具体的には、袋40内の水と片栗粉を混ぜた混合物の水量を、フィルタ付きの水流ポンプを用いてプログラマブルに制御することで、袋40の硬さを変えることができる。このほかに硬さを制御可能な物質である、温度を制御することにより硬さが変わるプラスチック、電流の制御による電気粘性粒体、磁力の制御による磁性粒体、などを用いても良い。
第1実施形態では、袋40の硬さのみに注目したが、ユーザUに袋40の形状を提示するようにしても良い。任意の形状を提示するためには、袋40を靴70の中に入れる前に、手や型によって形作る必要がある。しかしながら、例えばアクチュエータ機構を追加することによって、形状をプログラマブルに変えることができる。追加するアクチュエータとしては、例えば、複数のリニアアクチュエータなどから構成される可変フレーム、空気を入れるアクチュエータ、などが考えられる。このような形状提示では、歩行時に転びにくい筋肉の使い方、例えば体の重心が前になるような筋肉の使い方ができるよう、踵が高くなる形状にする、などの制御方法が考えられる。
例えば、袋40の中にペルチェ素子といったようなプログラマブルに温度を変えることができる電子部品を入れる手法が考えられる。足裏を熱くすることで血流が良くなり、筋肉の活性度が上がると考えられるため、歩行時にiEMGを大きくするよう熱くする、などの制御方法が考えられる。
例えば、真空ポンプ19によって袋40の中の空気圧をプログラマブルに調整することによって、袋40と接触している身体部位に任意の圧力を与える手法が考えられる。より強い圧力をかけるとユーザUはより硬く感じるため、歩行時にiEMGを小さくするよう、身体に与える圧力が大きくなるよう制御する、などが考えられる。
第1実施形態では、一動作の単位は、片足の踵が接地してから次に接地するまで、の一歩としている。しかしながら、一動作の単位をより小さく、または、より大きくしても良い。例えば、100[ms]毎といったように、一動作を時間で区切っても良い。つまり、「筋電位の特徴量」は、一歩毎の筋電位の特徴量ではなく、100[ms]毎の特徴量としても良い。
第1実施形態では、ステップS23の目的iEMG入力サブルーチンにおいて、ある特定の値が入力されることを前提としている。つまり、現状iEMG(現状の筋電位の特徴量)を大きくする、または、小さくすることを繰り返すことによって、目的iEMG(目的の筋電位の特徴量)に近づける、という手順で制御を行っている。このような、或る目的(例えば、比較対象としてのプロフェッショナル人物の筋電図と自分の筋電図の形状を一致させる、など)に向かって制御する手順の他に、変化の方向だけを定め、その方向に向かうような制御の仕方をしても良い。例えば、或る筋肉の筋活動量をとにかく増やしたい場合は、「目的の筋電位の特徴量」を“ある特定の値”として入力するのではなく、“「現状の筋電位の特徴量」よりも大きい値”、などのように入力することで、筋肉の活動量を増やす性質を提示し続ける、という手順での制御も考えられる。さらにユーザに実現させたい目的の生体情報である目的生体情報はユーザU以外が入力してもよいし、外部のデータベースなどに予め登録された生体情報を入力として設定してもよいし、複数の生体情報から選択し目的生体情報として設定してもよい。
第1実施形態では、歩行中のユーザUが直前に完了した一歩に応じて提示する硬さを決定し、次の一歩に対して提示する硬さを変えている。しかしながら、硬さを変えるタイミングは、任意のタイミングが考えられる。すなわち、現状の一歩の最中に性質を変えても良い。例えば、片足の踵が接地した瞬間に、筋肉の活動量が増えるよう硬さを変えることで、踵が接地した直後、足裏全面が地面に接している間の筋肉の活動量を増やす、といったことも考えられる。以下、これを第2実施形態として、より詳細に説明する。
図14は、第2実施形態に係る生体誘導装置における前動作期間Pxと本動作期間Pyとを説明するための模式図である。本第2実施形態においては、一歩ST中において、ユーザUの踵が接地した踵接地状態HSとなった瞬間を前動作X、この踵接地状態HSから踵が離地する踵離地状態HOとなるまでを本動作Yとおく。具体的には、圧力センサ30からの圧力計測データより算出した圧力平均値PAが閾値Th以上となった瞬間から10[ms]間を前動作Xとみなし、この圧力平均値PAが閾値Th以上となってから10[ms]経過後からそれが閾値未満となるまでの間を本動作Yとみなす。
2…刺激部
3…データベース部
4…入力部
5…現状把握部
6…比較部
7…制御部
10…コントローラ
11…CPU
12,22…ROM
13,23…RAM
14,24…ストレージ
15,27…通信装置
16…入出力インタフェース
17,28…システムバス
18,29…電源
19…真空ポンプ
20…ユーザ端末
21…プロセッサ
25…入力装置
26…出力装置
30…圧力センサ
31…配線
40…袋
41…配管
50…筋電センサ
60…サポータ
70…靴
71…中底
72…中敷き
Claims (8)
- ユーザの生体情報を計測する計測部と、
前記ユーザの身体に接触して設置され、前記ユーザに対して触覚刺激を提示する刺激部と、
前記刺激部が提示する前記触覚刺激と前記刺激部の前記触覚刺激による前記生体情報との関係を記録したデータベース部と、
前記ユーザに実現させたい目的の生体情報である目的生体情報を、前記ユーザの過去に記録された生体情報の最大値と最小値との間の値に設定する入力部と、
前記計測部の計測結果に基づいて推定される前記ユーザの現在の生体情報である現在生体情報と前記入力部により設定した前記ユーザの過去に記録された生体情報の最大値と最小値との間の値である前記目的生体情報とを入力値として、前記現在生体情報と前記目的生体情報とに差異がある場合に、前記データベース部に記録された前記関係に基づいて、前記現在生体情報と前記目的生体情報との前記差異が少なくなるよう前記刺激部で提示する前記触覚刺激を制御することで、前記現在生体情報を前記目的生体情報に近づけるように前記ユーザを誘導する制御部と、
を備える、生体誘導装置。 - 前記制御部による前記刺激部の前記触覚刺激の制御は、前記刺激部の形状及び硬度の少なくとも一方の制御を含む、請求項1に記載の生体誘導装置。
- 前記刺激部及び前記制御部は、ジャミング転移を利用したものである、請求項1または2に記載の生体誘導装置。
- 前記生体情報は、筋電位または前記筋電位の特徴量を含む、請求項1乃至3の何れかに記載の生体誘導装置。
- さらに、前記計測部の前記計測結果に基づいて、前記現在生体情報を推定する現状把握部を備え、
前記現状把握部は、第1の期間に前記計測部が計測した前記生体情報を前記第1の期間に続く第2の期間における前記現在生体情報として推定し、
前記制御部は、前記データベース部に記録された前記関係に基づいて、前記入力部により設定した前記ユーザの過去に記録された生体情報の最大値と最小値との間の値である前記目的生体情報と前記第2の期間における前記現在生体情報との差異が少なくなるよう前記刺激部で提示する前記触覚刺激を制御することで、前記現在生体情報を前記目的生体情報に近づけるように前記ユーザを誘導する、請求項1乃至4のいずれかに記載の生体誘導装置。 - さらに、前記計測部の前記計測結果に基づいて、前記現在生体情報を推定する現状把握部を備え、
前記データベース部は、前記生体情報と前記現在生体情報との関係である推定関係をさらに記録しており、
前記現状把握部は、前記計測部が第1の期間に計測した前記生体情報と前記データベース部に記録された前記推定関係とに基づいて、前記第1の期間に続く第2の期間における前記現在生体情報を推定し、
前記制御部は、
前記目的生体情報と前記第2の期間における前記現在生体情報との差異を推定し、
前記推定した前記差異が少なくなるよう前記刺激部で提示する前記触覚刺激を制御することで、前記現在生体情報を前記目的生体情報に近づけるように前記ユーザを誘導する、請求項1乃至4のいずれかに記載の生体誘導装置。 - コンピュータにより、ユーザの生体情報を計測し、
前記コンピュータにより、前記ユーザに実現させたい目的の生体情報である目的生体情報を、前記ユーザの過去に記録された生体情報の最大値と最小値との間の値に設定し、
前記コンピュータにより、前記ユーザの前記生体情報の計測結果に基づいて推定される前記ユーザの現在の生体情報である現在生体情報と前記ユーザの過去に記録された生体情報の最大値と最小値との間の値である前記目的生体情報とを入力値として、前記現在生体情報と前記目的生体情報とに差異がある場合に、前記ユーザの身体に接触して設置された刺激部により前記ユーザに対して提示される触覚刺激と前記刺激部の前記触覚刺激による前記生体情報との関係を記録した、データベース部に記録された前記関係に基づいて、前記現在生体情報と前記目的生体情報との前記差異が少なくなるよう前記刺激部で提示する前記触覚刺激を制御することで、前記現在生体情報を前記目的生体情報に近づけるように前記ユーザを誘導し、
前記目的生体情報と前記現在生体情報との前記差異がなくなるまで、または、前記現在生体情報が変化しなくなるまで、前記コンピュータにより、少なくとも、前記生体情報を計測すること及び前記ユーザを誘導することを繰り返す、
生体誘導方法。 - プロセッサとストレージとを備える生体誘導装置の前記プロセッサを、
ユーザの生体情報を計測する計測部、
前記ユーザに実現させたい目的の生体情報である目的生体情報を、前記ユーザの過去に記録された生体情報の最大値と最小値との間の値に設定する入力部、
前記ユーザの生体情報の計測結果に基づいて推定される前記ユーザの現在の生体情報である現在生体情報と前記ユーザの過去に記録された生体情報の最大値と最小値との間の値である前記目的生体情報とを入力値として、前記現在生体情報と前記目的生体情報とに差異がある場合に、前記ユーザの身体に接触して設置された刺激部により前記ユーザに対して提示される触覚刺激と前記刺激部の前記触覚刺激による前記生体情報との関係を記録した、前記ストレージに構成されたデータベース部を参照して、前記データベース部に記録した前記関係に基づいて、前記現在生体情報と前記目的生体情報との前記差異が少なくなるよう前記刺激部で提示する前記触覚刺激を制御することで、前記現在生体情報を前記目的生体情報に近づけるように前記ユーザを誘導する制御部、
として機能させるための生体誘導プログラム。
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