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価値創造スマートものづくり研究センター

発⾏︓神⼾⼤学 価値創造スマートものづくり研究センター
住所︓〒657-8501

神⼾市灘区六甲台町 1-1

電話︓078-803-6250 Fax︓078-803-6391
HP:http://www.csi.kobe-u.ac.jp/kachi/index.html
e-mail: smart-center@org.kobe-u.ac.jp

令和５年夏号
Vol.13 2023 年 8 月

ウェルビーイング社会の実現に向けた筋活動量の可視化について
報告者：平⽥ ⼀郎 （兵庫県⽴⼯業技術センター）
新たな産業モデルを構築するためには，システムを進化させるだけでなく，従業員の「働きやすさ」や「働きがい」などの QoW（Quolity of Working = 労働の質）を向上させることが重要とされています．QoW を向上させることにより労働寿命の延伸や労働⽣産性の向上が期待されています．労働寿命を延伸させるためには職場環境だけでなく，⽇頃の⽣活の質（Quolity of Life）も向上させる必要があります．そこで我々は，QoL を向上させる⽅法として，⽇常⽣活における筋⼒維持や筋⼒強化を促す仕組みについて検討しています．その⽅法として，⽇常の⾏動からその⼈の筋活動量を可視化する⽅法について取り組みました．スマートウォッチ等の活動量計のデータをもとに，姿勢を推測して筋活動量をリアルタイムに表⽰するのが理想的です．しかし技術的に困難であったため，「⽇常⾏動を簡易に計測する⽅法」と「⾏動パターンに基づいた筋活動の計算⽅法」を別々に検討し統合させることにしました．最初に，⾏動パターンに基づいた筋活動量の計算⽅法について取り組みました．
行動パターンに基づいた筋活動量の計算方法
⾏動パターンの対象として，複数の歩⾏姿勢の筋活動量を計測して⽐較しました．歩⾏能⼒の低下は⽇常⽣活動作レベルの低下に繋がります．特に，歩⾏速度は死亡リスクとの関連性も強く，⾼齢者の⾝体機能や QoL の指標とされています．歩⾏速度や歩⾏姿勢の違いによる筋活動量の違いを可視化することで，歩⾏姿勢を改善して QoL の向上が期待できます．歩⾏速度と歩幅について，「⼀般的な歩⾏」と「⼩幅で前傾姿勢による歩⾏」「⼤股で後傾姿勢」の３種類の歩⾏パターンを計測しました．筋活動量を計測するための⽅法として，計測したい筋⾁に「表⾯筋電センサ」と⾔われるセンサを貼り付けて計測するのが⼀般的です．今回，被験者の脚部４箇所（⼤腿直筋、⼤腿⼆頭筋、前脛⾻筋、腓腹筋内側頭）に表⾯筋電センサを貼り付け，解析システム（biosignalsplux，株式会社クレアク
ト製）を使って上記 3 種類の姿勢での歩⾏をしてもらいました．表⾯筋電センサで計測した⼤腿直筋の活動量の⽐較データを図 1 に⽰します．この筋⾁は「股関節の屈曲と膝関節の伸展」に⼤きく関わる箇所です．この実験で、歩幅を⼤きくすると筋⾁の活動量が⼤きくな
図 1 大腿直筋の筋活動量比較ることを確認できました．

表⾯筋電センサによる計測⽅法は，計測したい筋⾁の部位にセンサを取り付ける必要があり，たくさんの⼈の計測や様々な筋⾁部位を分析することは⼤変だということがわかりました．そこで表⾯筋電センサを貼り付けなくても解析できる⽅法として，「筋⾻格シミュレーションソフト」により活動量を解析することを試みました．筋⾻格シ
ミュレーションソフトは，⼈体のメカニズムについてモデリングを⾏うソフトウェアシステムです．個々の筋・関節⼒・代謝・腱の弾性エネルギー・拮抗筋⼒等の「⼈体各部分に作⽤する⼒」をコンピュータ上で計算することができます．筋⾻格シミュレーションソフトで筋活動量を計算するためには「⼈の動き（動作姿勢）のデータ」が必要となります．
そこで，モーションキャプチャシステム（VENUS３D，株式会社
ノビテック製）を⽤いて歩⾏姿勢を計測しまた（図２）．このシス
テムは，⾝体に 40 点以上の反射マーカーを貼り付け，⾚外線カメラにより各マーカーの 3 次元情報を記録するものです．歩⾏実
験の際に計測した動作データをもとに，筋⾻格シミュレーションソフトウェアでそれぞれの筋⾁の活動量を計算し，表⾯筋電セン
サで計測した結果と筋⾻格シミュレーションソフトウェアでの分析結果の⽐較を進めています．筋⾻格シミュレーションの結果と表⾯筋電位データの傾向が似た結果となれば，今後は表⾯筋電センサを貼り付けて計測しなくても筋活動量の可視化が可能と
図 2 モーションキャプチャシステムによるなります．現段階で「シミュレーションに置き換え可能な筋⾁」
歩行計測と「置き換えが難しい筋⾁」があることがわかってきました．
日常の行動を簡易に計測する方法
⾏動パターンに基づいた筋活動量の計算⽅法についての研究では、表⾯筋電センサを貼り付けなくても「動作のデータ」があれば筋活動量を計算できることがわかってきました．しかし，筋⾻格シミュレーションモデルで解析するために必要な動作データを計測するためにはモーションキャプチャシステムのような⼤掛かりな装置で計測する必要があります．将来，健康増進システムを運⽤することを考えた場合，モーションキャプチャシステムを毎回使⽤して計測することは現実的ではありません．
そこでモーションキャプチャシステムを⽤いなくても計測できる⽅法として，これまでに測距センサを壁⾯に貼り付けて歩幅を計測する⽅法や，靴や歩⾏器に加速度を計測するセンサ（IMU センサ）を取り付けて計測する⽅法を実施してきました．現在は，上記の計測⽅法を簡略化させ，より多くの環境でデータ収集するための⽅法についても検討しています．特に，映像データから姿勢データを抽出する⽅法に着⽬しています．AI 技術（深層学習）を活⽤することで，映像上の⼈の⾻格が推定され抽出できることがわかりました（図3）．この⽅法で抽出された⾻格と筋⾻格シミュレーションモデルの⾻格データを同期させることにより，筋活動量の計算もできること
図 3 深層学習による骨格抽出も確認しました．計測姿勢の精度を⾼めるためには，複数台のカメラで同時に計測する必要がありますが，単体カメラによる計測でもカバーできる撮影⽅法や動作内容についても検討しています．もう⼀つは３D アニメーション作成ツールを活⽤する⽅法です．このツールを使うと，動画から３D のモーションデータが⾃動⽣成されます（図4）．
このモーションデータを筋⾻格シミュレーションモデルに反映させることができることも確認できました．
上記２つの計測⽅法は，カメラで撮影した動画をもとにして⼈の動作姿勢のデータを⽣成することができるため，モーションキャプチャシステムを使って⼈にセンサを装着する必要もなくなります．そのため，様々な環境での計測が可能となります．

今回紹介した内容は，価値創造スマートものづくり研究センターが図 4 ３D アニメーションツールの活用
神⼾拠点となっている「HCMI コンソーシアム（主管：国⽴研究開発
法⼈ 産業技術総合研究所）で進めているものです．今後も，神⼾⼤学ならびに株式会社アシックスと連携しながらヘルスケアエコシステムの開発や実証を進めていく予定です．

神戸大学 価値創造スマートものづくり研究センター
運営委員：
センター長 ：貝原俊也
副センター長：坪倉 誠
副センター長：西野 孝
運営委員：鈴木 洋
運営委員
：西田 勇
学内協力教員：
協力教員：南知惠子
学外協力教員：
協力教員：白瀬敬一

神戸大学 大学院システム情報学研究科 システム情報学専攻
神戸大学 大学院システム情報学研究科 システム情報学専攻
神戸大学 大学院工学研究科 応用化学専攻
神戸大学 大学院工学研究科 応用化学専攻
神戸大学 大学院工学研究科 機械工学専攻
神戸大学 大学院経営学研究科 経営学専攻
神戸大学名誉教授

事務局：神戸大学 大学院システム情報学研究科システム計画講座
場 所：神戸大学 大学院システム情報学研究科本館 2 階 S207 室
行事予定・その他○ 行事予定西田勇先生が以下の NIRO イベントで講演予定「製造 AI と切削加工完全自動化がもたらす製造業の未来 －産学連携の挑戦－第一回ものづくりセミナー 」
日時：2023 年 9 月 8 日(金) 11 時〜12 時半
場所：神戸国際展示場 2 号館 2 階 2A 会議室（申込みは NIRO の HP より）
２０２３年度 センターシンポジウム＋見学会（同時開催予定）
2024 年 1 月中旬ごろ（見学予定先：理化学研究所計算科学研究センター「富岳」）○ 寄稿文のご依頼

このセンターニュースですが、発行１年を経過し、当センターからの発信だけではなく、会員皆様からの寄稿文を掲載することで、コロナ禍、会員相互の交流の場が持てない中での一助にできないかということで、広く会員皆様からの寄稿文を募集することといたしました。
つきましては、ご希望がございましたら、下記担当までご連絡ください。別途センターニュースの様式をお送りいたしま
すので、寄稿文を１頁から２頁程度で作成いただき、寄稿される方の連絡先とともに当センターまで送付くださいますよ
うお願いいたします。
なお、掲載にあたりましては、当センターで掲載の是非及び内容等の確認や校正をさせていただきますことをお含みおきください。
○ 会員募集について「価値創造スマートものづくり研究センター」に会員登録いただける方は、下記メールアドレス又は、QR コードに、お名前（フリガナ）、所属（会社名）、職名、e-mail アドレスを送信くださいますようお願いいたします.
なお,特に会費等の支払いは必要ござません.
会員登録いただきました皆様には,季刊のセンターニュースレターのご連絡や,定期的に関連するシンポジウムやセミナーの情報をお送りするとともに,技術的な内容へのご相談などを随時受け付けております.
また,周りにご関心をお持ちの方がおられましたら,是非ご紹介を頂ければ幸いです.
【注意】 旧「3D スマートものづくり研究センター」より継続参加される場合にも，再度，登録が必要となりますのでご注意ください．
申込書返送先：神戸大学 大学院システム情報学研究科 価値創造スマートものづくり研究センター
事務担当：坂本
Phone: 078-803-6250, Fax: 078-803-6391
e-mail：smart-center@org.kobe-u.ac.jp