一般社団法人 電子情報通信学会
THE INSTITUTE OF ELECTRONICS,INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS

HCGシンポジウム2018
HUMAN COMMUNICATION GROUP SYMPOSIUM 2018
HCG2018-A-3-6

認知症患者ケアのためのウェアラブル触覚センサの開発
平松知樹

井上大路倉爪亮

九州大学〒 819 – 0395 福岡県福岡市西区元岡 744
E-mail: {hiramatsu,inoue}@irvs.ait.kyushu-u.ac.jp, kurazume@ait.kyushu-u.ac.jp
あらまし 本研究では，認知症患者に対する「優しい介護」として注目されている「ユマニチュード」に対し，主要な 4つのスキル（見つめる，触れる，話しかける，立たせる）の 1 つである「触れる」スキルの定量化に向けたウェアラブ
ル分布型触覚センサの開発を行い，触覚センサを組み込んだ T シャツや，触覚センサをベスト状に加工したウェアラブ
ルセンサを試作した．さらに，ユマニチュードの技術習得のためのトレーニングシステムとして，拡張現実感と実体を併用したユマニチュード教育システムの開発を行った．
キーワード

認知症介護，ユマニチュード，ウェアラブルセンサ，分布型触覚センサ，拡張現実

Development of wearable tactile sensor for dementia care
Tomoki HIRAMATSU, Daiji INOUE, and Ryo KURAZUME
Kyushu University Motoka 744, Nishi-ku, Fukuoka-shi, Fukuoka-ken, 819 – 0395 Japan
E-mail: {hiramatsu,inoue}@irvs.ait.kyushu-u.ac.jp, kurazume@ait.kyushu-u.ac.jp
Abstract In this study, we developed a wearable tactile sensor which can measure the position and the pressure applied on apatient body for quantifying care skills in the care technique called

Humanitude . Humanitude has been attracting muchattention as a gentle and eﬀective care technique for a dementia patient in recent years. The developed wearable tactile sensor
aims to quantify the "touch" skill among the four representative skills in Humanitude, which are gaze, touch, talk, and stand up.
We have developed two types of wearable tactile sensors, an underwear-type using a pressure-sensitive conductive sheet and aFPC, and a vest-type using a conductive cloth. In addition, we developed a learning system of Humanitude using AR technology
and a real object, which realizes the interaction between a care-giver and a patient by overlaying a face and eyes of a patient on areal doll using AR technology, and the quantification of touch skill using the wearable sensor.
Key words Dementia care, Humanitude, Wearable Sensor, Distributed Tactile Sensor, Augmented Reality

1. は じ め にれる」に着目し，その教育効果を定量化するためのウェアラブル分布型触覚センサの開発を行っている．
「触れる」スキルの定量

近年，医療や介護の現場では，認知症など認知機能の低下し化には触った位置と力を計測する必要があり，被介護者の全身にた高齢者の介護負担が増加している．認知機能の低下した高齢

装着したセンサから圧力分布が得られなければならない．また，者の介護は過酷であり，介護士や看護師の不足，疲弊，バーンア着脱可能なセンサにすることで模擬患者や人形に着用させるこウトや被介護者の身体機能の低下などの多くの問題が存在する．とができ，様々な条件でスキルの定量化が可能になる．これまこれらの問題に対して，近年注目されているケア技法であるユマで圧力分布を得ることができるセンサは，静電容量の変化を利

ニチュード（Humanitude）は，知覚，感情，言語による包括的コ用するもの [2] [3] や，感圧導電性ゴムを用いるもの [4] など様々

ミュニケーションに基づいたケア技法であり，「見つめる」「触れ提案されている．またウェアラブルなセンサとしては，圧電ファる」「話しかける」「立たせる」の 4 つのスキルを基本とし，150ブリックを用いて着用した人物の動きをキャプチャできる衣服状の具体的なケア技法から構成されている [1]．ユマニチュードはのウェアラブルセンサ [5] や，金属繊維を織り込んだ布による心極めて有効な認知症患者に対するケア技法であるが，その習得

拍センサ [6] などがあるが，体全体を覆うウェアラブルな触覚セの困難さが普及への課題となっていた．そこで我々は，家庭を含ンサは開発されていない．そこで本研究ではまず，背中や胴体をむ介護現場へのユマニチュード導入のための教育手法の確立を覆う衣服状のウェアラブル触覚センサを開発し，圧力分布の視目指し，IT 技術を活用したスキルの定量化について現在研究を覚化を行うことでユマニチュードの「触れる」スキルの定量化を行っている．

図った．さらに開発したセンサと AR（Augmented Reality）技術

特に本研究では，ユマニチュードの 4 つのスキルのうち「触を組み合わせたユマニチュードの教育システムの開発を試みた．

2. シート状触覚センサ

3. ウェアラブル触覚センサの作成と実験

本研究では 2 種類のシート状触覚センサを用い，衣服状のウェ上述した 2 つのシート状触覚センサを用いて 2 種類のウェアアラブル触覚センサを試作した．本章では使用した 2 種類のシーラブル触覚センサを試作した．本章ではこれら 2 種類のウェア

ト状触覚センサについて述べる．

ラブル触覚センサとその動作実験について述べる．

2. 1 フレキシブル基板状触覚センサ

3. 1 T シャツ状ウェアラブル触覚センサ

1 つ目のセンサは鈴木陽介・金沢大学助教が開発したフレキ

まず，上述したフレキシブル基板状触覚センサを背中部分に装シブル基板を用いた触覚センサである．センサの構造を図 1 に着できるように T シャツを加工したウェアラブル触覚センサを示す．このセンサはフレキシブル基板（Flexible Printed Circuits,試作した（図 3）．図 4 に，試作した T シャツ状のセンサを装着FPC）と感圧導電性シート（Velostat）の 2 枚からなり，加えらし，背中に圧力を加えた際の実験の様子を示す．図 4 では圧力れた圧力に応じて変化する感圧導電性シートの抵抗値をマトリッが高い部分は黄色，低い部分は青色で示されている．実験の結クス状に配置された感圧部毎に読み取ることでシート上の圧力果，背中への接触を圧力分布としてリアルタイムに可視化できる分布を計測することができる．ここで使用している感圧導電性ことを確認した．またこの実験ではセンサ値は PSoC から USB

シートはカーボンブラックを含有することで導電性を持たせたケーブルを介して PC へ送信している．

シート状のポリオレフィンである [7]．また抵抗値の読み取りやセンサの制御には PSoC（Programmable System-on-Chip）を用いている．このセンサは感圧部分の厚さが約 0.2mm 程度と非常に薄く，曲面に対してフレキシブルに形状を曲げることができる．
さらに構造が単純であり，大量生産に適している．なおこのセンサは [8] で提案された CoP（Center of Pressure）型センサを改良し，マルチプレクサとデマルチプレクサを追加することで，荷重の重心位置ではなくマトリックス状に配置された感圧部個々の反応値を計測できるようにしたものである．
図 3 T シャツ状ウェアラブル触覚センサ

図1

フレキシブル基板状触覚センサ

2. 2 布状触覚センサ
2 つ目のセンサは株式会社槌屋が開発した布状の触覚センサである [9] [10]（図 2）．このセンサは導電糸を織り込んだ 2 枚の導電性織物を重ね合わせ，両者の間隙部に生じる静電容量の変化

図 4 T シャツ状ウェアラブル触覚センサの動作実験を計測するものである．このセンサは布状であるため様々な形に加工して利用することができる．

3. 2 ベスト状ウェアラブル触覚センサ
次に，上述した布状触覚センサを衣服状に加工することでウェアラブルなベスト状触覚センサを試作した．センサの構造を図 5に示す．このセンサは前パーツと後パーツと制御回路から成り，前パーツと後パーツは布状触覚センサを加工して作られている．
従って前後パーツ全体で接触位置と接触力を測定でき，着用することで胴体への接触を圧力分布としてリアルタイムに定量化することが可能である．着用した人物の胴体の圧力分布を測定する実験を行った結果を図 6 に示す．図 6 では圧力が高い部分は黄色，低い部分は青色で示されており，圧力分布をリアルタイムで視覚化できた．なお，この実験ではセンサ値は制御回路から

図 2 布状触覚センサ

Bluetooth を介して PC へ送信している．

ことで，人形の上半身の大部分を触覚センサで覆った（図 7）．
これにより人形の上半身への接触を圧力分布として測定することが可能となり，ユマニチュードの「触れる」スキルの定量化を実現した．

図5

ベスト状ウェアラブル触覚センサの構造

図7

人形への触覚センサの装着

4. 2 AR 技術を利用したインタラクション
次に，人形を用いた訓練では欠落してしまうインタラクションを補うために，HoloLens を利用して人形の顔へ仮想の顔モデ
図6

ベスト状ウェアラブル触覚センサの動作実験

ルを重畳表示した．仮想の顔モデルを利用することで教育シス
テム側から表情や視線を制御することができ，仮想の顔とのイ

4. AR 技術を用いたユマニチュード教育システムへの応用

ンタラクションを実現できる．今回用いた顔のモデルはオープ
ンソースの人体生成 3DCG ソフトウェアである MakeHuman [13]で作成したものである．

上述したセンサを利用して，ユマニチュード教育システムを開発した．ユマニチュード普及のためには介護士のみならず，家庭

4. 2. 1 顔モデルの位置合わせでも習得が可能な教育システムの開発が有効であると考えられ顔のモデルと人形との相対位置合わせの様子を図 8 に示す．まる．これまでにも人工知能を活用して熟練者のケア技能の特徴をず人形に貼り付けた AR マーカーを利用して相対初期位置を決解析し，学習を支援する教育システムが開発されている [11]．教定する．この初期位置合わせのシステムは拡張現実のソフトウェ

育システムではユマニチュードのスキルを定量化できることが求

ア開発キットである Vuforia を使用して構築を行った [14]．しかめられるが，実際の患者にセンサを装着することは困難である．

し AR マーカーだけでは正確に位置を合わせることは難しいた

また，模型を利用した訓練ではユマニチュードにおいて重要な要め，指のピンチ動作で細かい位置を調整できる機能を実現した．

素であるインタラクションが欠落してしまい，模擬患者を用い位置合わせを行った後の重畳表示の様子を図 9 に示す．

る場合も模擬患者自身のスキルが必要となるため，どちらも有用な教育システムを構築することは容易ではない．これらの問題を解決するために，実体と AR 技術を組み合わせることでセンシングとインタラクションを両立した教育システムを構築した．このシステムは，胴体や手足に上述のウェアラブルセンサを装着した人形を用い，Microsoft 社が開発しているヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display, HMD）方式の拡張現実ウェアラブルコンピュータである HoloLens [12] を通して，仮想の顔や目を人形に重畳表示することで，介護動作中の目線や表情を動的に変更し，「触れる」および「見つめる」技術の習得を目指すものである．本章では今回開発したユマニチュード教育シス
テムについて述べる．なお，AR 技術を用いたユマニチュード教
育システムは株式会社エクサウィザーズが開発したものである．

4. 1 触覚センサを利用した接触のセンシング
まず，全身型の人形に上述したベスト状ウェアラブル触覚センサを装着し，更に両腕にフレキシブル基板状触覚センサを巻く

図8

顔モデルの位置合わせ [12] [14]

謝辞

本研究は，JST CREST JPMJCR17A5 の支援を受けたものである．また，フレキシブル基板状触覚センサをご提供いただきました金沢大学鈴木陽介先生に感謝いたします．

文

図 9 顔モデルの重畳表示

4. 3 実体と AR 技術の統合実験
最後に，AR 技術によるインタラクションと触覚センサによる接触のセンシングを統合して実験を行った．実験の様子を図 10に示す．実験の結果，接触位置と接触力を検出しつつ顔モデルが重畳表示できることを確認した．なお，図 10 では圧力が高い部分は黄色，低い部分は青色で示されている．

図 10

実体と AR 技術の統合実験

5. まとめと今後の予定
本研究ではユマニチュードのスキルの 1 つである「触れる」ス
キルの定量化を目指し，ウェアラブル分布型触覚センサの開発を行った．さらに，HoloLens を利用して仮想の顔モデルを人形に重畳表示することでインタラクションを実現しつつ，同時に開発したウェアラブル分布型触覚センサを人形に装着することで接触位置や接触力を計測可能な，ユマニチュード教育システ
ムを開発した．今後は，下半身を覆うウェアラブルセンサの開発と，仮想の顔による表情や視線の変化などのインタラクションの追加を行い，「見つめる」の定量化にも取り組む．

献[1] 本田美和子, イヴ・ジネスト, ロゼット・マレスコッティ. ユマニ
チュード入門. 医学書院, 2014.
[2] 白岡貴久, 郭士傑, 橋本和信, 向井利春. ポリマー材料を用いた静電容量型面状センサの開発 (測定精度と空間分解能両立構造の提案).
日本機械学会論文集 C 編, Vol. 79, No. 798, pp. 304–313, 2013.
[3] 星貴之, 篠田裕之. 接触力と接触面積を計測する非線形触覚素子.
計測自動制御学会論文集, Vol. 42, No. 7, pp. 727–735, 2006.
[4] 石川正俊, 下条誠. 感圧導電性ゴムを用いた 2 次元分布荷重の中心の位置の測定方法. 計測自動制御学会論文集, Vol. 18, No. 7, pp.
730–735, 1982.
[5] Y Tajitsu. Smart piezoelectric fabric and its application to control ofhumanoid robot. Ferroelectrics, Vol. 499, No. 1, pp. 36–46, 2016.
[6] Mitsufuji Corporation.
hamon.
http://www.hamon.tech(2018.10.17 アクセス).
[7] Adafruit Industries. Pressure-Sensitive Conductive Sheet. https://www.adafruit.com/product/1361 (2018.10.15 アクセス).
[8] 鈴木陽介. 接触位置及び接触力ベクトルを検出可能なシート状触覚センサの開発. 第 17 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, pp. 3050–3055, 2016.
[9] 鈴木陽久, 江島充晃, 吉田統, 水野寛隆, 宮本晃吉, 島上祐樹. 「導電性織物及び導電性織物を使用した圧力センサ」. 特開 2016-161555(2016.9.5).
[10] 鈴木陽久, 江島充晃, 水野寛隆, 間瀬健二, 榎堀優. 「圧力分布検知装置」. 特開 2018-105827 (2018.7.5).
[11] ExaWizards Inc. ケア事業 - 株式会社エクサウィザーズ. https://exawizards.com/service/humanitude (2018.10.15 アクセス).
[12] Microsoft Corporation.
Microsoft HoloLens.
https://www.
microsoft.com/en-us/hololens (2018.10.15 アクセス).
[13] The MakeHuman team. MakeHuman community. http://www.
makehumancommunity.org/ (2018.10.15 アクセス).
[14] PTC Inc. Vuforia Developer Portal. https://developer.vuforia.
com/ (2018.10.15 アクセス).