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シニアの健康増進のための空気圧式ゴム人工筋肉で歩行動作をアシストまたは負荷を与える装置の開発をスタート|#ブリヂストン #東京医科歯科大学




■シニアの健康増進のための空気圧式ゴム人工筋肉で歩行動作をアシストまたは負荷を与える装置の開発をスタート|#ブリヂストン #東京医科歯科大学

シニアの健康増進のための空気圧式ゴム人工筋肉で歩行動作をアシストまたは負荷を与える歩行トレーニング装置の開発をスタート|ブリヂストン・東京医科歯科大学
シニアの健康増進のための空気圧式ゴム人工筋肉で歩行動作をアシストまたは負荷を与える歩行トレーニング装置の開発をスタート|ブリヂストン・東京医科歯科大学

参考画像:東京医科歯科大学 川嶋健嗣教授と共同で、シニアの健康増進に貢献する歩行トレーニング装置の開発をスタート(2017/12/14、ブリヂストンプレスリリース)|スクリーンショット

東京医科歯科大学 川嶋健嗣教授と共同で、シニアの健康増進に貢献する歩行トレーニング装置の開発をスタート

(2017/12/14、ブリヂストンプレスリリース)

今回開発する装置は、ブリヂストンが開発している空気圧式ゴム人工筋肉と東京医科歯科大学 川嶋教授が開発しているシステム制御技術から成り、ユーザーの体に装着した人工筋肉で歩行動作をアシストする、あるいは負荷を与える内骨格型※ のトレーニング装置です。
 この空気圧式ゴム人工筋肉は、マッキベン型と呼ばれるタイプの人工筋肉で、ゴムチューブとその周りの繊維を筒状に組み上げた補強層から構成されます。ゴムチューブの中の空気を加減圧することにより伸縮し、ヒトの筋肉のような動きができます。今回開発した空気圧式ゴム人工筋肉は、当社がタイヤやホース開発で培ってきたゴムや補強繊維の技術を応用したものです。モーターなどの駆動装置と比べて軽く、柔軟であるため、この人工筋肉を用いることで、ユーザーの体への負担が小さいトレーニング装置をつくることが可能となります。

ブリヂストンと東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 川嶋健嗣教授は共同で、シニアの健康増進を目的とした体力向上トレーニングに活用するための、体に装着した空気圧式ゴム人工筋肉で歩行動作をアシストまたは負荷を与える装置の開発を開始し、2018年には実用化に向けた実証試験を開始する予定なのだそうです。

歩行動作を支援する装置や長時間姿勢を維持するために役立つ装置についてはこれまでいくつか紹介してきました。

●ウェアラブルチェアー「ARCHELIS(アルケリス)」

Wearable Chair”archelis” / ウェアラブルチェア「アルケリス」

ウェアラブルチェアー「ARCHELIS(アルケリス)」|歩けるイスで手術での筋肉疲労の軽減・安定した長時間の姿勢保持による手術の安定性向上によれば、「archelis(アルケリス)」は医療現場のニーズから生まれたウェアラブルチェアなのだそうです。

腹腔鏡手術では体幹の安定が大きく影響を及ぼすそうで、アルケリスは膝関節及び足首の角度固定ができることで中腰の姿勢で「座る」ことができ、また脛(スネ)と大腿部のサポートで圧力を分散しながら体重を支えることで術中の筋肉疲労を軽減し、安定した長時間の姿勢保持を行うことができるそうです。

●パワードスーツ「Aura(オーラ)」

Superflex – Aura Powered Suit|from fuseproject|Vimeo

Superflex社、高齢者の動きをサポートして衣服の下から着ることができるパワードスーツ「Aura(オーラ)」を開発によれば、Superflex(スーパーフレックス)社のAura(オーラ)は高齢者の動きをサポートするパワードスーツで、衣服の下から着ることができるようになっています。

着用している人が体を動かす際の筋電信号を拾って、胴体、臀部・腰、脚の筋肉を強化(支援)して、立ったり座ったりといった動きのサポートをするように設計されています。

●外骨格スーツ「Soft Exosuit」

人間の関節や筋肉を模した外骨格スーツ「SOFT EXOSUIT」を開発 DARPAが290万ドルを支援|ハーバード大では、どうしてもかさばってしまうという弱点を抱えた外骨格スーツやパワードスーツを柔らかい素材とセンサーを使って、身体にフィットするように設計することで、これまで抱えていた問題を解決しようというのが外骨格スーツ「Soft Exosuit」について紹介しました。

●動作支援ロボット「HAL」

サイバーダイン、動作支援ロボット「HAL」 脳の信号で人の動きを感知し身体機能を補助によれば、サイバーダインの装着型ロボットの「HAL」は、身体を動かそうとする時に脳から発生する生体電位信号を使って人の動きを支援することが出来るそうです。

●体重支援型歩行アシスト

HONDAの「体重支援型歩行アシスト」 階段の上り下りや中腰での作業負担を軽く|ASIMOの歩行技術応用によれば、体重支援型歩行アシストは、使用者の体重の一部をモーターの力で支える仕組みで、靴に内蔵したセンサーが脚の動きに応じて補助する力をコントロールし、ひざの屈伸に合わせて体重を押し上げることで、階段の上り下りや中腰での作業負担を軽くします。

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■まとめ

日本はアジア諸国に約20年先行|アジア各国の高齢化率|経済産業省
日本はアジア諸国に約20年先行|アジア各国の高齢化率|経済産業省

参考画像:不安な個人、立ちすくむ国家~モデル無き時代をどう前向きに生き抜くか~|経済産業省PDF

高齢化社会の日本では介護に関する問題が間近となっています。

介護予防・生活支援サービス市場は2025年に1兆3000億円によれば、今後高齢者人口と高齢者世帯の増加に伴いサービス市場は拡大し、介護予防・生活支援サービス市場は2025年に1兆3000億円に迫るそうですが、介護職員は2025年には約38万人不足するおそれがあるそうです。

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介護の負担を軽くするためにも、リハビリによって介護度の改善や重症化を防ぐ対策が行なわれています。

介護施設で「パワーリハビリ」を導入 約8割に介護度を改善したり重症化を防ぐ効果|弘前によれば、弘前市内の介護施設が専用マシンで筋力アップのトレーニングを行う「パワーリハビリ」を取り入れたところ、約8割の人に介護度を改善したり重症化を防ぐ効果があったそうです。

介護をする必要があっても、介護度が改善されれば、それだけ負担は軽くなると考えられます。

そのためにも、ロコモティブシンドロームにならないように予防のためのトレーニングを行なったり、誤嚥性肺炎を予防するためにも嚥下障害対策を行なったり、低栄養による病気を予防するために食生活の改善を行うなど、できる範囲での予防を行っていくことが重要だと思います。

高齢者が介護の人の手を借りることなく、体に装着した空気圧式ゴム人工筋肉で歩行動作をアシストまたは負荷を与える装置などのテクノロジーを活用して、できる動きを増やしていくことが重要なのではないでしょうか。







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ロボットが人間と触れ合う分野(医療・介護)で役立つ!?人工筋肉(ソフトアクチュエーター)を開発|コロンビア大学




■ロボットが人間と触れ合う分野(医療・介護)で役立つ!?人工筋肉(ソフトアクチュエーター)を開発|コロンビア大学

ロボットが人間と触れ合う分野(医療・介護)で役立つ!?人工筋肉(ソフトアクチュエーター)を開発|コロンビア大学
ロボットが人間と触れ合う分野(医療・介護)で役立つ!?人工筋肉(ソフトアクチュエーター)を開発|コロンビア大学

参考画像:Soft Materials for Soft Actuators|YouTubeスクリーンショット

参考画像:Soft Materials for Soft Actuators|gifs.com

One Step Closer to Lifelike Robots

(2017/9/19、Columbia University)

The new material has a strain density (expansion per gram) that is 15 times larger than natural muscle, and can lift 1000 times its own weight.

<中略>

It was tested in a variety of robotic applications where it showed significant expansion-contraction ability, being capable of expansion up to 900% when electrically heated to 80°C.

コロンビア大学の研究者が開発したのは、3Dプリンタで作る人工筋肉で、温度を80度まで上げると900%膨張し、また自重の1000倍の重量のものを持ち上げることができるそうです。

Unlike rigid robots, soft robots can replicate natural motion—grasping and manipulation—to provide medical and other types of assistance, perform delicate tasks, or pick up soft objects.

剛性のロボットよりも柔軟な材料で作られるソフトロボットは、人間と触れることがある領域(例えば、医療やそのほかの支援)や細かい作業や柔らかいものを拾うなどといった場面での活躍が期待されます。

Soft Materials for Soft Actuators

【参考リンク】

  • Aslan Miriyev, Kenneth Stack & Hod Lipson Soft material for soft actuators Nature Communications 8, Article number: 596 (2017) doi:10.1038/s41467-017-00685-3




■人工筋肉の他のアイデア

●ナイロン素材の人工筋肉繊維

Muscles made of nylon

Nylon fibers made to flex like muscles

(2016/11/23、MIT)

Now, MIT researchers have come up with one of the simplest and lowest-cost systems yet for developing such “muscles,” in which a material reproduces some of the bending motions that natural muscle tissues perform.
The key ingredient, cheap and ubiquitous, is ordinary nylon fiber.

<中略>

Spinks adds, “Bending-type actuators are needed for robotic grippers, microscopic tools, and various machine components. These new bending actuators could have immediate application.”

MITの研究者が開発したのは、製造が容易で低コストでできるナイロン素材の人工筋肉繊維です。

曲げることのできるアクチュエータ(入力されたエネルギーを物理的運動に変換する機構のこと)は、ロボットグリッパー(ロボットが物をつかむ・握るためのもの)や顕微鏡ツール、様々な機械部品、医療分野など様々な用途での活躍が期待できるそうです。

●食べられる素材でできたアクチュエーター

Soft Pneumatic Gelatin Actuator for Edible Robotics

An Edible Actuator for Ingestible Robots

(2017/10/5、IEEE Spectrum)

The components of such edible robots could be mixed with nutrient or pharmaceutical components for digestion and metabolization. Potential applications are disposable robots for exploration, digestible robots for medical purposes in humans and animals, and food transportation where the robot does not require additional payload because the robot is the food.

ゼラチン、グリセリン、および水の混合物から作られた空気圧式アクチュエータは、野生動物の行動観察のためのロボットや探索のための使い捨てができるロボット等への活用が期待されます。

●やわらかい素材でできたロボットグリッパー

Custom Soft Robotic Gripper Sensor Skins for Haptic Object Visualization

カリフォルニア大学サンディエゴ校のエンジニアが開発した新しいロボットグリッパーは、シリコンゴム製で導電性カーボンナノチューブで作られたセンサーが埋め込まれており、ドライバー(ねじ回し)を回したり、電球をねじ込んだり、紙を持つことができます。

【参考リンク】

●傷口を自己治癒するソフトロボット

A robot that heals a little like Wolverine

【参考リンク】

  • Seppe Terryn, Joost Brancart, Dirk Lefeber, Guy Van Assche and Bram Vanderborght Self-healing soft pneumatic robots Science Robotics 16 Aug 2017: Vol. 2, Issue 9, eaan4268 DOI: 10.1126/scirobotics.aan4268

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●折り紙からインスピレーションを受けた折り畳み式の人工筋肉

Origami-Inspired Artificial Muscles

NEW ARTIFICIAL MUSCLES CAN GIVE SOFT ROBOTS SUPERPOWERS

(2017/11/27、MIT CSAIL)

The team constructed dozens of muscles using materials ranging from metal springs to packing foam to sheets of plastic, and experimented with different skeleton shapes to create muscles that can contract down to 10 percent of their original size, lift a delicate flower off the ground, and twist into a coil, all simply by sucking the air out of them.

MIT CSAILとハーバード大学のWyss Instituteの研究者は、折り紙からインスピレーションを受けた、折り畳み式の人工筋肉を開発したそうです。

ソフトロボットについて最近よく取り上げる機会が多いのですが、柔軟性と機敏性が増すと強度が低下するというトレードオフの関係があり、柔らかい素材は柔軟性のない素材ほど強度がなく弾力性がないため使用が制限されると考えられますが、今回の研究では空気や水圧だけで体重の1,000倍まで持ち上げることができるそうです。

What’s new, Atlas?

BostonDynamics(ボストンダイナミクス)の「Atlas(アトラス)」がまるで「パルクール(Parkour)」のような動きでバク宙をしている動画が公開されていますが、実際どんなアクチュエータ(入力されたエネルギーを物理的運動に変換する機構のこと)が用いられているのでしょうか?

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■まとめ

これからは、介護や生活支援などの場面で、ロボットと触れ合う機会が増えていくことが考えられますが、その際に硬い素材だと冷たい印象を受けるかもしれません。

そういった場面において、柔らかい素材のロボットであれば、温かみのある印象を与えられるのではないでしょうか。







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