研究者たちは、手が麻痺した人々が日常品をつかむ能力を再獲得するために開発された柔軟な空気圧手袋を発表しました。このウェアラブルな「柔軟な手部外骨格」は、ミュンヘン工科大学（Technical University of Munich, TUM）によって開発され、前腕の筋肉から発せられる電気信号と機械学習技術を利用して、ユーザーの動作意図を検出します。ユーザーが動かそうとすると、手袋内部の柔軟なエアバッグが膨らみ、指や手首の動きを助け、ユーザーが安全にカップや皿、食器などをつかむことができるようにします。
チームによると、追加の運動センサーが物品を運ぶ際に安定したつかみを維持し、偶発的な落下を防ぎ、麻痺した人々の独立性を向上させるのに役立つとのことです。
柔軟な手部外骨格技術が麻痺した人々の生活の質を向上させる
柔軟なつかみ技術は、手が麻痺した人々のつかむ能力を回復することを目的としています。硬い機械的外骨格とは異なり、このウェアラブルシステムは軽量の布製手袋として設計されており、指や手首に柔軟でターゲットを絞った支援を提供するための膨張可能なエアバッグを内蔵しています。手袋には13本の空気圧チューブが装備されており、手部に配置された個別の空気室を膨らませることができます。気圧を正確に制御することで、システムは各指を独立して曲げたり伸ばしたりでき、同時に手首の回転も支援します。これにより、ユーザーは皿やグラス、フォーク、スプーン、その他の家庭用品をつかむ日常的なタスクを実行できるようになります。
重度の障害を持つ人々は、手袋の助けを借りて物をつかむ能力をより効果的に再獲得できます。
この外骨格は筋電図（EMG）を使用して制御されており、この技術は前腕の筋肉から発せられる微小な電気信号を測定します。前腕に取り付けられたセンサーはこれらの信号を継続的にキャッチし、機械学習アルゴリズムがリアルタイムでデータを分析してユーザーのつかむ意図を予測します。意図的な動作が検出されると、手袋は自動的に対応する空気室を膨らませてその動作を支援します。使用時の信頼性を向上させるために、システムは運動センサーも組み合わせており、物をつかんだ後の運搬動作を検出し、運搬中に手袋が十分なつかみ力を維持することを保証し、偶発的な落下のリスクを減少させ、手の動作をより安全で自然にします。
研究成果が手袋の麻痺した人々への有効性を示す
研究者たちが設計した柔軟な手部外骨格は、スマートな運動予測機能と経済的で軽量なウェアラブルデザインを組み合わせることを目的としています。このシステムは、機械学習アルゴリズムを使用してユーザーの前腕の筋肉から発せられる電気信号を解読し、つかむ意図の予測信頼性を97%まで高めています。手袋自体は安価な布地で作られており、膨張可能な空気室を含むため、この技術のコストは多くの従来の機械的リハビリ機器よりも著しく低く、日常使用に適しています。この技術の開発とテストは、筋萎縮性側索硬化症（ALS）を患っている患者と密接に協力して行われました。この病気は、随意筋運動を制御する神経細胞を徐々に破壊する進行性の神経疾患です。
テスト中、参加者の第一関節の動きは限られていました。
研究者たちは前腕に筋電図（EMG）センサーを取り付け、屈拇指長筋の電気活動を検出しました。これらの微弱な筋肉信号でも手袋の空気圧エアバッグを膨らませるのに十分でした。テスト中、システムはユーザーのつかむ意図を約90%の精度で識別することに成功しました。参加者は日常品を拾い上げることができ、4年ぶりにフォークを握ることができ、小さなブロックを操作することもできました。研究者たちは、わずか5分の親指制御のビデオゲームトレーニングで、ユーザーのつかむパフォーマンスが大幅に向上することを発見し、このシステムが重度の神経損傷に対して適応可能であることを証明しました。
「原則として、この手袋は弛緩性麻痺を持つ人々、例えばバイクや自転車事故によって末梢神経損傷を受けた人々や多神経病変の患者を助けることができます」と、ミュンヘン大学の神経学教授トビアス・ヴェヒターは声明で述べています。