3Dプリンタを活用した研究(ロボティクス研究室)

3Dプリンタを活用した電動義手-「Finch」と「リアル電動義手(仮)」

何らかの理由により手を失った方は,手の機能を代替する義手を使用します.当研究室では,3Dプリンタを活用した2種の電動義手を開発しています.一つは「Finch」と呼ばれる電動義手で,対向に配置された3指によって高い作業性を実現するものです.もう一つは,「リアル電動義手(仮)」と呼ばれる電動義手で,市販の装飾義手(把持機能はないが外観がリアルな義手)の外観のまま,簡易な把持機能を付加した義手です.いずれも3Dプリンタをフルに活用して,人体とのインタフェースであるソケットも含めて開発しています.

3Dプリンタで義手を開発するメリットは,1)ユーザが少ない義手でも少量から製作できる,2)3DCADを用いて自由度の高い設計ができる,3)短時間で試行錯誤できる,4)少量ならば金型を作るよりも安い,5)サイズ変更が容易,6)一か所で製作可能,8)部品が壊れてもすぐに再製作が可能,9)設計データを共有しやすいなど,多数あります.

反面,強度面や安全性での懸念はあります.ただし,3Dプリンタの性能向上は日進月歩であり,強度が高く人体との接触を考慮した安全な材料を使用できる機種も現れてきていますので,これらの課題は徐々にクリアされるでしょう.また,既存の補装具としての扱いが制度上難しいなどの課題もありますが,これも3Dプリンタ有用性が認知されるにつれて状況は変わってくると思っています.3Dプリンタを活用した支援機器がユーザに届く日まで,根気よく開発を行っていきます.

義手の写真

3Dプリンタと市販デバイスを利用した安価な見守りデバイス

日本は世界的に見ても高齢化が最も進んでいる国の1つであり,加齢や疾患による要介護者数の増加が大きな問題となっている.特に運動機能の低下による転倒や転落はより大きな身体的ダメージを引き起こす要因となるため,転倒転落の観測や解析が研究されている.医療機関や福祉施設などにおける転倒転落防止においては,転倒転落が発生する可能性の高い単独行動,すなわちベッドからの離床を検出することが重要であると考えられている.

現状では,患者の衣服とベッドをクリップ型のセンサで繋ぎ離床を検出するシステムや,ベッド上に圧力センサを多数敷き詰めて離床や危険状態を検知するシステムなどが利用されている.しかし,クリップ型センサでは患者がセンサを外してしまい離床検出が出来なかったり,接触型センサでは寝返りなどの別の動作で反応してしまったりと誤作動が多いという問題が残っている.また,患者やベッドに物理的に取り付けるセンサでは衛生面や耐久性,設置にコツが必要であるなどの問題などが残されている.

一方,患者に非侵襲なシステムとして非接触型のセンサを用いた患者見守りシステムへの期待が高まっており,いくつかの製品が提案されている.これらのシステムでは離床だけでなく患者の姿勢なども計測可能であるため,より多くの情報が取得可能であるが,次のような問題を抱えている.

  1. 初期設定やベッド移動に伴う機器調整など導入・運用に手間がかかる.
  2. 従来のシステムに比べて高価である.
  3. 患者の映像を取り扱う(何をしているかわかってしまう)ためプライバシーの問題がある.

本研究では,医療機関や福祉施設などにおける実用化を目指した高信頼な見守りシステムの開発を目的としている.我々はこれまでに,ベッドからの離床を高い信頼度で検出することを目的とした低価格でメンテナンス性の高い見守りデバイスの開発を行っている.これまで,市販のハードウェアを組み合わせることによって誰でも低価格にデバイスの構築が可能であることを示し,ソフトウェアをコンポーネント思考で開発することによってメンテナンス性が高く,ベッド位置の変化などに頑健なアルゴリズムを提案している.

今後も動作検出アルゴリズムの改良やデバイスの改善を続けていく予定である.

MIMAMORIsystem

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