プロジェクト No22 担当教員：櫻沢 繁

髙木 清二

辻 義人

生体信号を利用した身体拡張インタフェース〜 ASHURA 〜
Body augmentation interface using biological signals ~ ASHURA ~メンバー : 安部 佑星
members : Yusei Abe

伊勢 隆之介

鎌田 航誠

木下 由紀乃Ryunosuke Ise Kosei Kamata Yukino Kinoshita

工藤 健斗
Kento Kudo

齋藤 唯翔

Yuito Saitou

佐々木 晃大Kodai Sasaki

佐藤 日向子Hinako Sato

白土 千夏

平岡 聡佑

宮尻 琴実

Chinatsu Shirato Sosuke Hiraoka Kotomi Miyajiri

プロジェクトの概要 Outline of this project

私たち人間の動作には，もともと備わっている器官の構造や機能に依存する限界がある．一方で，義手やパワーアシストスーツのような外部デバイスを身体と連動させ，身体の一部として扱うことができれば，身体の構造や能力を変化させることができる．それに伴い，動作の変容を促すことができる．そこで，本プロジェクトでは，身体と外部デバイスを連動させるために生体信号の一つである筋電位に着目した．筋電位とは，筋が収縮するときに発生する細胞内外の電位差である．そして，筋電位の変化を利用したインタフェースを製作し，身体拡張を目指した．私たちはプロジェクトを進めていく中で，身体についてそれは自身の身体の一部であると認知していることが重要であると思い，身体を身体所有感と運動主体感を満たすものと定義した．今年度は，視力にズーム機能を持たせるグループ，調理に特化したつかみやすさと感覚フィードバックを持たせる義手のグループ，表情表出のあり方を拡張させたグループの３つに分かれ製作物に取り組んだ．

Our movements have limitations that depend on the structure and functions of our original organs. On the otherhand, if external devices such as prosthetic hands and power-assist suits can be linked to the body and treated as apart of the body, it is possible to change the structure and capabilities of the body. As a result, it is possible topromote the transformation of movement. In this project, we focused on muscle potential, one of the biologicalsignals, in order to link the body with external devices. The muscle potential is the potential diﬀerence between theinside and outside of a cell that is generated when a muscle contracts. We then created an interface that uses thechanges in muscle potential to achieve body extension. In the course of our project, we thought it was important torecognize the body as a part of our own body, and we deﬁned the body as something that satisﬁes a sense of bodyownership and a sense of movement subjectivity. This year, we divided into three groups to work on crops: a groupwith a zoom function for eyesight, a group with a prosthetic hand that provides grip and sensory feedback
speciﬁcally for cooking, and a group that extends the way facial expressions are expressed.

各グループの製作物 Products by each group
Group A : MonoZoom

Group B：筋電義手Myoelectric prosthetic handGroup C：EG sharing

Group A : MonoZoom
目的Purpose

スポーツ観戦において全体を俯瞰したい状況と一部分を見たい状
況が変化しやすいスポーツがある . 双眼鏡を使って選手の細かいプレーを観たり，双眼鏡を使うのをやめて全体のプレーを観たりするように , 状況が変化しやすいスポーツでは腕を頻繁に動かすこととなる．腕を何度も動かすのは煩わしく疲れてしまう．そこで本グループでは，腕の自由が制限されずに見ている景色の倍率を変化させることができるデバイスの製作することを目的とした．
In watching sports, there are sports where the situation where you want to see thewhole or the situation where you want to see a part is changeable. Use binoculars towatch the player's detailed play, or stop using binoculars and watch the whole play.
In addition, in sports where the situation is liable to change, the arm is moved
frequently. It is bothersome and tiring to move the arm many times. Therefore, thepurpose of this group was to create a device that can change the magniﬁcation of thescenery you are looking at without limiting the freedom of your arms.

製作物についてAbout the product本デバイスは，ヘッドマウントディスプレイ型になっており，頭部に装着して使用する．先端に取り付けられたカメラから取得した映像はマイコンを通してディスプレイに表示される仕組みになっている．表示される映像は，目を細めたり見開いたりすることで生じる筋電位信号を読み取り，マイコンで画像処理を行うことによって 1.0 〜 2.0 倍の倍率に変更できるようになっている．
This device is a head-mounted display type and is used by attaching it to the head.
The image acquired from the camera attached to the tip is displayed on the display
through the microcomputer. Reads the myoelectric potential signal generated bysquinting or opening the eyes, and can change the magniﬁcation to 1.0 to 2.0 times
by performing image processing with a microcomputer.

成果と今後の課題について
Results and future tasks

デバイスが重いため頭部や頸部への負荷が大きいことから，ディスプレイを小さくするなどによってデバイス全体の重量を削減する必要がある．また使用時は酔いやすく，解像度の低さゆえに文字のような細かいものは判別できなかったことから，画像処理方法を変更することで改善を図る．操作性については手軽に操作できたという意見を得られ，意図せず拡大縮小してしまうこともなかったため，十分な操作性を実現できたと考えられる．
Since the device is heavy and places a heavy load on the head and neck, it isnecessary to reduce the overall weight of the device by making the display smaller. In
addition, it was easy to get drunk when using the device, and because of the low
resolution, ﬁne objects such as letters could not be distinguished, so the image
processing method will be improved. As for the operability, we obtained the opinion
that it was easy to operate, and it did not cause unintentional zooming in and out. We
believe that we have achieved suﬃcient operability.

Group B：筋電義手目的Purpose

Myoelectric prosthetic hand

本グループでは被験者との対話を通じて，滑りやすい食材を調理する際に食材が扱いずらいく特に魚を押さえにくいこと，義手装着時ではものに触れている感覚がわからず使用に不安を感じることが問題点だと分かった．そこで，魚を捌く際に魚を押さえやすく，握った感覚を与える筋電義手の作製を目的とした．

Through conversations with the subjects, this group found that the problem was that
it was diﬃcult to handle food when cooking slippery food, especially ﬁsh, and thatwhen wearing a prosthetic hand, the subjects felt anxious about using it because
they could not understand the sensation of touching things. Therefore, the purposeof this study was to create a myoelectric prosthetic hand that can easily hold ﬁsh
and give the sensation of grasping when handling ﬁsh.

Group C：EG sharing

目的Purpose

現在 COVID-19 によりオンライン授業が主流となっており多くの先生，学生が利用している．藤本 (2021) によれば，「コミュニケーションの取りづらさが従来のオンライン授業の課題」となっている．そこで本グループは，よりオンライン講義をやりやすくなるために受講生がビデオオフの状態でも表情がわかるシステムを開発することを目的とした．
参考文献 : 藤本豊，新型コロナウイルス禍でのオンライン授業を振り返って - 受講者のリアクションペーパーとインタヴューから，明治大学教職課程年報，43，2021，pp101-111．
Currently, online classes have become the mainstream due to COVID-19, and manyteachers and students are using them. According to Fujimoto (2021), "Diﬃculty incommunication is an issue in conventional online classes. In order to make online
lectures easier, this group aims to develop a system that can see students' facialexpressions even when the video is oﬀ.In this study, we developed a system thatallows students to see their facial expressions even when the video is oﬀ.

製作物についてAbout the product

本グループが製作した筋電義手は魚をおさえやすいよう 4 つの指で，握る動作，指を横に閉じる動作，そして指を横に閉じたまま握る 3 つの動作を行える様，設計した．それに加え，筋電義手には，よりおさえやすくするため溝や突起を着けたカバーを装着している．また，超音波センサーで周囲を把握し，ブザーで感覚のフィードバックと圧力センサーを指先に装着し，魚をおさえたときに振動モーターが使用者の装着部を振動させることで握った感覚のフィードを表現した．
The myoelectric prosthetic hand manufactured by our group was designed to perform
three motions with its four ﬁngers: grasping, closing the ﬁngers horizontally, andgrasping with the ﬁngers closed horizontally. In addition, the myoelectric prosthetic
hand is equipped with a cover with grooves and protrusions to make it easier to hold.
In addition, an ultrasonic sensor grasps the surroundings, a buzzer provides sensory
feedback, and a pressure sensor is attached to the ﬁngertip, and a vibration motor
vibrates the user's attachment when the ﬁsh is held.

製作物についてAbout the product

本グループが開発したシステムは，笑筋，皺眉筋，胸鎖乳突筋に電極を貼り，それぞれの筋肉の筋電位の変化により表情の画像が切り替わる構造である．画像の種類は，先生の講義が面白かった
場合や楽しいことを表現するために笑顔，講義がわからないことを表現するために困り顔，講義を理解したことを表現するためにうなづきの表情がある．被験者に貼り付けた電極と筋電位計測回路で計測した筋電位を Arduino を用いて数値化し processing と連動させ上記の画像を切り替わるようにする．

In the system developed by our group, electrodes are attached to the laughing muscle,
the wrinkled eyebrow muscle, and the sternocleidomastoid muscle, and the images of
facial expressions are switched according to changes in the muscle potential of eachmuscle. The images include a smile to indicate that the teacher's lecture wasinteresting or enjoyable, a troubled face to indicate that the lecture was unfamiliar,
and a nod to indicate that the lecture was understood. The electrodes attached to thesubject and the muscle potential measured by the muscle potential measurement
circuit are quantiﬁed using an Arduino and linked to the processing so that the above
images can be switched.

成果と今後の課題について
Results and future tasks

４つの指を動作させる構造を実現した．また，感覚のフィードバックを行い，周囲の物にぶつかりそうになっていること，物を押さえていることが義手装着時で把握できた．今後の課題は義手の手のひら部分の省スペース化と義手のカバーの改良、筋電位に応じて指が曲がる角度の多様化である．

We realized a structure that allows the four ﬁngers to move. We also provided
sensory feedback, and were able to understand when the prosthetic hand was being
worn that it was about to collide with surrounding objects and that it was holding anobject. Future tasks are to save space in the palm of the prosthetic hand, to improvethe cover of the prosthetic hand, and to diversify the angle at which the ﬁngers bendin response to muscle potential.

成果と今後の課題について
Results and future tasks

今後のオンライン講義で開発したシステムを使用したいと答えた
方が 8 割であった．しかし，講義をしやすくなったと感じた方は，4 割であった．また，実験の回数を重ねるごとにより，その都度の問題点を改善していくことで，表情が切り替わる精度をあげることができた．今後の課題は，画像が切り替わる速さを修正することにより正確な表情が表示される確率をあげることである．
Eighty percent of the respondents answered that they would like to use thedeveloped system for future online lectures. However, only 40% of the respondents
felt that the system made their lectures easier. In addition, we were able to improve
the accuracy of the switching of facial expressions by improving the problems eachtime as the number of experiments increased. In the future, we would like to improve
the speed of the image switching and the probability of displaying more accurate
expressions.The future tasks are to correct the speed of image switching and toincrease the probability of displaying more accurate expressions.