Researches

野球選手がボールを受け取る,音楽家がバイオリンを弾く時など,日常生活の様々な作業において,このような環境との相互作用は脳が腕の粘弾性を巧みに制御するから可能になります. ウェアラブルロボット研究室では脳波や筋電信号など様々な生体信号を処理し,ロボットを制御する手法を研究しています.最近の映画アイアンマンのように人間のパワーを上げるスーツや電動義手などを作りたいです.

19K11428: 人腕の骨格モデルに基づいた多自由度電動義手の開発と臨床応用

 本研究では、事故などで上肢の一部を失われた身体障がい者が物体とのインタラクションなど日常生活における殆どの作業を行うことができ、外観上にも本物の手と同様な多自由度電動義手の開発を目的とする。近年、申請者らはロボットハンドを製作し、筋肉の数式モデルを用いて粘弾性を制御することを提案している。このノウハウを応用し、①人腕の骨格モデルに基づいた電動義手を製作し、②機械学習をほとんど必要としない筋肉の数式モデルを用いて各アクチュエータの粘弾性を制御することで革新的な電動義手の基盤技術の構築を目指す。本研究によって身体障がい者向きの筋電電動義肢やリハビリなど臨床へ応用、そして、海底、宇宙環境で人間のように巧みに操作するロボットハンドへの応用も期待される。

16K01572: 脳卒中のリハビリを目指した粘弾性の予測と制御ができるパワーアシストと臨床応用

We predicted kinematic and kinetic information simultaneously from electrocorticogram (ECoG). The subject performed the reaching movement between two points passing through the designated via-point of three types of plastic bottles different in weight. We could reproduce kinetic information (EMG signal) and kinematic information (trajectory) from ECoG using the proposed method. Since the patient’s ECoG was recorded during only one week for their treatments and there were also very few cases involved the motor area, we used the data of monkey ECoG. We estimated the joint angle based on the same method. The robot arm of 4 DOF was successfully controlled using the estimated joint angle. We also succeeded in controlling the artificial arm made with a 3D printer using steady-state visual evoked potentials.

皮質脳波から運動情報と力学情報を同時に予測することに成功した。被験者は重さが異なる3種類のペットボトルを指定した経由点を通過する2点間の到達運動を行なった。提案手法を用いて皮質脳波から力学情報(筋電信号)と運動情報(軌道)を再現することができた。患者の皮質脳波は治療の目的で1週間しか入れないことと、運動野におけるケースがかなり少ないため、サルの皮質脳波のデータを入手し、同手法に基づいて関節角度を推定した。推定した関節角度を用いて4DOFのロボットアームの制御に成功した。さらに、定常状態視覚誘発電位から3種類のパターンを認識し、3Dプリンターで製作した電動義手の制御に成功した。

Brain machine interface

Brain-machine interface techniques have been applied in a number of studies to control neuromotor prostheses and for neurorehabilitation in the hopes of providing a means to restore lost motor function. Electrocorticography (ECoG) has seen recent use in this regard because it offers a higher spatiotemporal resolution than non-invasive EEG and is less invasive than intracortical microelectrodes.READ MORE