生体情報や身体の動作など計測し,それらを機械学習等の技術を用いて解析・推定を行うことで人の動きの定量化・可視化する研究を行なっています.

ACHIEVEMENT

  1. [1] Tomoo KIKUCHI, Eri SATO-SHIMOGAWARA, Shoji YAMAMOTO,
    Comparison of pressure sensor-based and EMG systems for finger movement analysis ,
    International Symposium on Community-centric Systems and Robots 2024, Session5-O20 (2024.2.20 , Tokyo).
  2. [2] 菊地友央, 羽切まどか, 山本昇志 ,
    Force Myography 変化の深層学習分類モデルによる指動作の特定,
    第31回インテリジェント・システム・シンポジウム, Fr-A2-2 (2023.9.8, 福岡).
  3. [3] 菊地友央, 石井遼太郎, 山本昇志 ,
    手首周りの筋電情報と圧力分布を用いた手指動作の推定,
    電子情報通信学会総合大会 ジュニア&学生ポスターセッション, ISS-SP-030 (2023.3.8, 東京).

RESEARCH

円環状の手首圧力センサによる指操作の推定

Estimation of finger manipulation with wrist pressure in annular shape

背景・目的

現代日本では製造業における技術者の高齢化・人手不足が進んでおり,熟練技術者の技巧継承の支援が急務となっています. 本研究は,これらの問題に対して熟練技術者の手指動作の可視化・データ化を行い,容易な技巧の継承・保存を行うことを目的としています.

従来研究

従来研究では,データグローブを用いてデータの測定・解析を行うことが一般的ですが,この手法では,手作業で重要な触覚が阻害されるといった問題が挙げられます.
また,近年では表面筋電図(sEMG)を活用した研究が多く行われていますが,環境や汗によるノイズの影響を受けやすく,センサの取り付けが難しいといった問題が存在します.
データグローブと表面筋電図を活用した測定・解析

提案手法

そこで本研究では,指動作時に生じる筋肉の膨張・収縮に着目し,手首回りの圧力情報を用いることで手指動作の推定を行います.
手首・腕周りの圧力情報を用いることで触覚を阻害せず・ノイズの影響を受けにくい測定が可能となります. また,センサを円環状アレイ型にすることで,設置位置に依存しないシステムを目指しています.
触覚が阻害されない圧力情報
測定装置
14個の圧力センサを円環状に配置した測定装置を開発しました.各出力をマイコンでスキャン・シリアル通信でPCへ送信されます.
測定システム

検証結果

測定動作
各指を屈曲動作させたときの動きを測定し,屈曲動作を推定できるかの検証を行いました.
動作の推定では,装着時に各指を順番に屈曲させるキャリブレーション動作を行い,その情報をもとに推定を行います.
信号処理
各指を屈曲させた時の各センサの値に強弱が現れたため,混合信号を仮定して独立成分分析(ICA)を適用します.
信号選択
独立成分分析が出力する成分は,指の動作に対する成分と必要な成分が玉石混合であるため, オートエンコーダを用いて, 信号の取捨選択を行います.
検証結果

評価

指の動作は約90%程度の精度で認識が可能です.
しかしながら,手作業の工程においては指の力の入れ具合,すなわち,指先力が重要なファクターとなります. したがって,現在は深層学習を用いた指先力の推定システムの構築に着手しています.
測定手法 図:システムが推定した任意動作の一例
【制作物】

個人認証付き非接触体温計と統計システム

新型コロナウイルスの感染拡大に伴い体調管理の一環として体温提出が求められるようになっています. しかしながら,単に提出を求めるだけでは,提出された体温データが不正であるか否か判断ができません. そこで,個人の携帯端末で認証を行いその場体温提出を求め,体温提出と管理を一括で行うシステムを開発しました.
このシステムでは,個人の端末へ一時的なToken(UDID,サーバリースTokenから生成)を付与し, さらに端末上でスクリーンショットなどのコピー制限をかけることで認証QRが簡単に偽造できない仕組みを実現しました.
測定機には,距離センサと赤外線非接触表皮温度センサを搭載し,距離に応じた体温の補正を行っています.
概要1

BIOGRAPHY

SKILLS

C/C++ , Objective-C , C# , Swift , Python , Ruby , JavaScript , Java
C/C++でのリアルタイム一次元信号処理(音処理)やMac/iOSアプリ開発・ロボット用制御/通信の組み込みソフトウェアの実務経験があります.ちょっとしたバッチ処理はRubyでやりますが,最近はPythonが多めです.研究はPythonでやっています.WindowsでちょっとしたGUIツールが必要な場合はWPFで作ります.
Node.js , Express , RoR , Sinatra , Unicorn , Nginx , MySQL
Webアプリ開発の実務経験があります.学校活動では学祭用のWebアプリをNginx + Unicron + Sinatra + MySQLで作っていました.
TensorFlow , Keras
TensorFlow(+Keras) + Docker (nvidia-container2) + Ubuntu
Fusion360 , Inventor , KiCAD
ロボット用のマイコン用基板設計(試作用途)の実務経験があります.
Git , Docker , Bash , etc...