JKA2021年度補助事業

心身一体感を極める身体可操作性スコープに関する研究

田中良幸（長崎大学）・青山忠義（名古屋大学）・塩川満久（広島国際大学）

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本補助事業におけるミッション

我が国の中長期の国際競技レベルと若年層の基礎体育力向上を掲げる「スポーツ基本計画」や，さらなる高齢化社会における健康寿命の延伸を掲げる「生涯現役社会の構築」などの政策にもある通り，国民一人一人の運動能力を安全かつ科学的に維持・向上させる運動トレーニングの意義と重要性が，これまで以上に増している．しかしながら，大多数の人は身体の動きを目視で観測しながら主観や勘に基づいて運動トレーニングを行っているため，その効率と安全性に大きな個人差を生じやすい．もし，身体の動きを容易に測定・解析した上で，リアルタイムで結果を視覚的かつ直感的に理解できるようにフィードバックする安価な身体動作解析システムが使えれば，多くの人にとって運動トレーニングの安全性と効率の向上に役立つとともに，高齢化社会における健康寿命の延伸につながることも期待できる．

そこで本補助事業では，ロボティクス分野で広く使われている可操作性理論とスポーツ科学の知見に基づいて，運動トレーニングや一般生活における身体動作の力学的な解析結果をわかりやすい楕円体指標で表現し，最新の拡張現実感を創り出すＭＲグラスを活用してジュニア世代でも直感的に把握・理解できるように，リアルタイムでフィードバックする「身体可操作性スコープ」の研究開発を目的とする．

「身体可操作性スコープ」

図１は，慣性式モーションキャプチャ・デバイス（IMU-Mocap），MRグラス(HoloLens2)，筋電センサ（EMG-Sensor）を用いて新たに開発した「身体可操作性スコープ」の概略図である．慣性式モーションキャプチャ・デバイスは，ジャイロスコープ・加速度計・磁力計を備えたIMUセンサ（１７個）と専用グローブを用いて，装着者の各指を含めた身体動作を精度よく計測することができる．MRグラスは，複合現実を提示する頭部装着型のウェアラブルコンピュータであり，小型PCのようにCPUとGPU，ホログラフィック・プロセッサが内蔵されている．筋電センサは，身体動作に伴う筋群活動を反映した筋電位信号（最大6ch）を計測することができる．

　「身体可操作性スコープ」は，装着者の身体動作と筋電位信号の計測データをワイヤレス通信でデスクトップPCに転送し，ゲーム開発ソフトウェアUnity3Dで独自開発したアプリケーションで，筋群活動を反映した身体可操作性の解析評価を実行する．そして，その結果を楕円体指標で即座にコンピュータ・グラフィックスで可視化するとともに，MRグラスに転送して装着者が動かす手先に追従して重ねて描画する．なお，筋活動レベルの大きさは，楕円体指標の色（白・緑・黄・青・赤）を変えて把握できるようにしている．また，身体可操作性の解析評価結果に加えて，身体動作と筋活動および視線の各種データをファイル出力することもできる．

Webアンケート形式による第三者評価

本補助事業で研究開発した「身体可操作性スコープ」に対する第三者視点の評価を得るため，動画を交えて作成したWebアンケートページ上で実施した．Webアンケートの主な内容は，楕円体指標の見せ方（図２(a）)に関する評価と，VRシステムを用いた旧スコープとの直観性（理解のしやすさ）に関する比較評価である（図２(b)）．アンケート評価の確実性と客観性を最優先に考えて，市場調査会社を介して任意参加した８６名の回答結果を用いて解析評価した（図２(c)）．その結果，心身一体感に関する項目で，本補助事業で研究開発した「身体可操作性スコープ」の評価が全項目で高いことを確認することができた（図２(d)）．

本補助事業にかかわる成果発表（2024年3月末日時点）

成清舜也，田中良幸，青山忠義，塩川満久，「拡張現実感を組み込んだ身体可操作性スコープ」

　　第２２回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（SI2021），２０２１．

川原一晟，「MR グラスを用いた身体可操作性スコープ」

　　第４１回計測自動制御学会九州支部学術講演会（学生発表交流会），２０２２．

田島皓介，川原一晟，田中良幸，青山忠義，塩川満久，「身体可操作性スコープによる協調動作解析に関する研究」

　　第２３回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（SI2022），２０２２．

川原一晟，田島皓介，田中良幸，青山忠義，塩川満久，「MR グラスを用いた身体可操作性スコープによる協調動作解析」

　　日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門学術講演会（Robomech2023），２０２３．