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VRで重さの感覚 広島大、電気刺激や振動で

2017/4/19 6:30
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 広島大学の栗田雄一准教授らの研究グループは、電気刺激による腕の筋肉の収縮などを通じて、物を持つ「重さ」の感覚を伝える仮想現実感(VR)システムを開発した。電圧の変化や映像に加え、手に与える振動で知覚する重さをコントロールする。腕を動かすのが不自由な半身まひ患者のリハビリ負担の減少などに向けて実用化を目指す。

偽の映像と手の振動、腕への電気刺激で物の重さを知覚する=栗田准教授提供
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偽の映像と手の振動、腕への電気刺激で物の重さを知覚する=栗田准教授提供

 開発したシステムでは腕の裏に電極を取り付けて筋肉を刺激し、物を持った時と同じ肘の関節が伸びる動きを再現する。さらに10センチメートル四方の立方体が手のひらに落下する偽の映像を見せ、手に接触するのと同時にバイブレーターで手のひらに振動を加える。

 10人の健康な男性を対象にした実験では右手のひらを上にして肘を直角に曲げ、腕に40~42ボルトと3つの異なる電気刺激を与えた。次に右手で感じたのと同じだけの力を左手で出してもらい、その力の強さを左手のひらに着けたセンサーで計測した。

 統計学的に分析したところ、右腕に与えた電圧が上昇するのに比例して左手で発揮した力も上がる傾向がみられた。

 さらに電気刺激だけでなく(1)立方体が落下する偽の映像を見せる(2)手のひらでバイブレーターを振動させる(3)振動と映像を同時に与える――とそれぞれ条件を変えて追加実験をした。

 結果は、電気刺激だけに比べて知覚した力が10人の平均で35%、22%、55%と上昇した。偽の映像や振動により人が知覚する重さを増やせる。

 刺激の組み合わせ方を工夫すれば、ごく小型の機器で大きな力を知覚させることができる。従来の腕のリハビリでは大型の装置が必要で、仮に電気刺激を与える小型の装置を用いても、発揮させる力に限界があるなどの問題があった。

 新システムでは複数の刺激を組み合わせたことで、装置の小型化と発揮させる力の増大を両立させて問題を克服した。

 ただ、現状では筋肉の付き方など身体的な特徴により、与える刺激の条件が同じでも感じる重さには人により違いがある。研究グループは今後、安全性や力を制御する方法を確立させて普及を目指す考えだ。

(松添亮甫)

[日経産業新聞 4月19日付]


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