運動意図に同期した体性感覚刺激を用いた自己身体として認知するサイボーグ義手の実現

使用与运动意图同步的体感刺激来实现机器人假手，将自己识别为自己的身体

• 批准号: 21H03300
• 负责人: 加藤 龍
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03300/
• 关键词: サイボーグ義手; 身体認知

本研究では，自己身体として身体認知を可能にするサイボーグ義手の開発とその方法論を構築し，生来身体に近づいた自然な操作感を実現する次世代の実用的なサイボーグ義手の実現を目的とする．2022年度の成果は以下の3点である．a)身体認知を促進させる運動意図に同期した体性感覚フィードバック方法の検討するため，筋電義手の指先の触覚および指姿勢の深部感覚に応じて振動刺激を付与する感覚フィードバック手法を準備し，身体認知度を評価するイリュージョンスコアを用いた心理物理実験を通じて，①筋電義手の操作遅延が小さいほど，身体所有感・運動主体感は向上し，遅延が大きいほど身体所有感は強く否定されること②触覚フィードバックを伴うと身体所有感・運動主体感を向上させること③深部感覚フィードバックでは，運動主体感を向上させるが，身体所有感を逆に低下させる条件があり，適切なフィードバックが必要であることを明らかにした．b)操作集中や操作負担を軽減するサイボーグ義手の制御を実現するため，把持の準備動作で筋活動のピークが見られることを利用したプリシェイピング動作推定手法および上肢複合関節の同時動作推定手法を提案し，健常者，前腕切断者および上腕切断者に対する性能評価を実施し，15%MVC程度の筋収縮力でも6種の動作の推定が可能であること，2点到達運動において従来手法に比べて複合関節を同時に制御して手先軌道経路の短縮（スムーズ）が可能であることを示した．c)義手の長期使用における身体認知への影響の調査するため，3か月以上のサイボーグ義手の臨床評価を，東海大学医学部において上腕切断者4名に対して実施し，日常生活動作に必要な義手の操作パフォーマンスが向上することを確認した．

This study aims to construct a methodology for the development of artificial hand movement in the next generation of human beings, and to achieve the following goals in 2022:(a) physical cognition, and the promotion of exercise intention, and (b) physical perception. The deep sense of muscle finger touch and finger posture, vibration stimulation, sensory preparation, body cognition evaluation, psychophysical behavior, 1. The operation delay of muscle finger is small, and the body's sense of all motion is upward.遅延が大きいほど身体所有感は强く否定されること②触覚フィードバックを伴うと身体所有感·运动主体感を向上させること③深部感覚フィードバックでは，运动主体感を向上させるが，身体所有感を逆に低下させる条件があり，b) Operation concentration, reduction of operation burden, control of muscle movement, utilization of movement estimation technique and simultaneous movement estimation technique of upper limb complex joint Performance evaluation of the anterior arm amputee and the upper arm amputee was carried out. The muscle contraction force of 15%MVC level was estimated to be possible for 6 kinds of movements. The 2-point arrival movement was estimated to be possible for 6 kinds of movements. The composite joint was estimated to be possible for 6 kinds of movements.c) The effect of long-term use of artificial hand on body cognition was investigated. 3 months of clinical evaluation of prosthetic hands, Tokai University School of Medicine, 4 patients with upper arm amputation, daily life activities, necessary prosthetic hand operation, confirmed.

项目成果

義手の触覚フィードバックのための SMA アクチュエータを用いた薄型振動刺激シートの開発

使用 SMA 致动器开发薄型振动刺激片，用于假手的触觉反馈

• 发表时间: 2021
• 作者: Saitou R;Aizawa Y;Usami Y;Arakawa K;Enomoto S;Kokubun T;房川祐頼，佐藤達也，山田崇史，芦田雪，一瀬信敏，寺島嘉紀，寺本篤史，當瀬規嗣，山下敏彦;宮原優希，加藤龍
• 通讯作者: 宮原優希，加藤龍

Development of Hand-Assistance Device using Hand-Joint Orthosis and Neuromuscular Electrical Stimulation

使用手关节矫形器和神经肌肉电刺激的手部辅助装置的开发

• 发表时间: 2021
• 作者: Minami Obuchi;Ryu Kato
• 通讯作者: Ryu Kato

筋電義手の故障リスクを低減させる超弾性合金を用いた関節 脱臼機構の開発

利用超弹性合金开发关节脱位机构以降低肌电假手失效风险

• 发表时间: 2022
• 作者: 谷村 瞭;加藤 龍
• 通讯作者: 加藤 龍

Development of Robotic Hand for Prosthetic Limb using a Gear Mechanism for Infants with Congenital Upper Limb Defects

利用齿轮机构为先天性上肢缺陷婴儿开发假肢机械手

• DOI: 10.7210/jrsj.40.903
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Robotics Society of Japan
• 作者: Nakao Soichiro;Hirai Taichi;Ono Yuma;Yamanoi Yusuke;Kuroda Yuki;Yabuki Yoshiko;Togo Shunta;Jiang Yinlai;Kato Ryu;Takagi Takehiko;Ishihara Masahiro;Yokoi Hiroshi
• 通讯作者: Yokoi Hiroshi

Development of Thin Vibration Sheets Using a Shape Memory Alloy Actuator for the Tactile Feedback of Myoelectric Prosthetic hands

使用形状记忆合金执行器开发薄振动片，用于肌电假手的触觉反馈

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuki Miyahara;Ryu Kato
• 通讯作者: Ryu Kato