ロボティクス研究者がSNUで重量物持ち上げ用の外骨格スーツを開発
ロボティクスの新たな成果は、人体の限界を押し広げ、私たちをより速く、より強くできるかもしれない。ソウル国立大学（SNU）のバイオロボティクス研究所の研究者たちは、人の姿勢を矯正する外骨格スーツを開発した。
最近の論文で、研究チームはMovement Reshaping（MR）外骨格スーツを紹介した。これは身体のいずれかの部分を増強するのではなく、ある関節の動きと連動させて別の関節の動きをロックまたは解除する仕組みだ。このスーツは電池もモーターも使わず、受動的に動作する。
例えば、床から重い物を持ち上げようとするとき、多くの人は腰を曲げてしまう。これは怪我につながりやすい姿勢だ。SNUの装置は前傾姿勢を妨げ、より安全なスクワットの姿勢へと修正する。
論文には次のように書かれている。「持ち上げ時の姿勢を矯正する従来の方法、つまり固定によって脆弱な関節を動かなくさせる方法では、繰り返しの持ち上げによる背中の怪我を防ぐには不十分である。代わりに、小さくても重い物を持ち上げるときには、スクワットと持ち上げの一連の動作を実現するため、身体の運動連鎖全体が協調して働く必要がある」。
「私たちはこの手法を「身体駆動型可変インピーダンス（抵抗）」と呼んでいます。一つの関節の動きによって、別の関節のインピーダンスを変えることができるからです」
カール・ゼリックのHeroWearのような多くの補助装置は、ユーザーの疲労を軽減するため、追加の動力を供給し、その自発的な動きへの干渉を最小限に抑えることを目的としている。一方、MR外骨格スーツは、ユーザーの持ち上げ動作を安全なスクワットの形へと変換し、さらに追加の力も与えることに重点を置いている。
MRスーツは、繰り返しの持ち上げ作業を行う工場や倉庫の作業員の怪我を減らすために開発された。持ち上げに関連する多くの怪我は、筋肉の疲労だけでなく、その動作中の不適切な姿勢によっても引き起こされる。しゃがむより腰を曲げる方が楽であり、人は本能的により楽な方法を選びがちだ。
この研究にも協力したSNU医学部のリハビリテーション医学の専門家キウォン・キムは、次のように述べた。「こうした楽だが安全でない動きの有害な影響はゆっくりと現れるため、椎間板の変性の場合と同様に、人はリスクに気づくのが遅れてしまう」。
研究者たちは、人が前かがみになろうとすると股関節の屈曲をロックし、しゃがもうとすると解除する機構を開発した。
「背中の上部と足部を、垂直のブレーキワイヤーと水平のゴムバンドからなる独自の腱構造で接続した。股関節が曲がり、膝が曲がっていない状態では、股関節屈曲のトルクがブレーキワイヤーを通じて足部に伝わり、強い運動抵抗が生じる。しかし、しゃがむために膝が横に広がると、腱同士の角度が変わり、股関節屈曲のトルクはゴムバンドによる支えへと切り替わる」
この装置は、スーツを初めて使用する10人の被験者でテストされた。10人中9人が、外骨格スーツを着用した状態でしゃがみ動作に近い動きのパターンへと変化させた。研究者によれば、これは参加者の平均姿勢指数が35%改善したことを意味する。また、参加者の平均代謝エネルギー消費量が5.3%減少したことも示された。
研究者たちは現在、MR外骨格スーツを実際の作業環境でテストできるよう改良に取り組んでいる。試験は近いうちに開始される予定だ。2022年には、研究者たちは本装置の商業化を目指しているが、まだ改善すべき点は残っている。スーツの有効性は論文で確認されたが、長期的な着用による影響は確認されていない。
「今後は、産業現場、ジム、リハビリテーション施設など、持ち上げ時の姿勢指導が必要なさまざまな分野で実験を行う予定だ」
技術者たちは、身体駆動型可変インピーダンスの原理をスポーツ分野へ広げるための研究も計画している。ゴルフ、水泳、ランニングなど全身を使う多くのスポーツでは、安全性と成績を高めるために正しい動きの訓練が求められる。
研究チームは、ワイヤーやゴムバンドなどの柔らかい素材を用いて、さまざまなスポーツに対応する動作トレーニング用のスポーツウェアを開発する計画だ。SNUの研究は、人間のものとは構造の異なる人工腱であっても、動きのパターンを変えることで人を効果的に助けられることを示している。
既存版の外骨格スーツは、脊椎の状態が悪い患者が不適切な持ち上げ動作をしないようにするためにも使える。研究者たちは、この設計がウェアラブルロボティクスの今後の研究に変化をもたらすと見込んでいる。また、ウェアラブル機器が人間の本来の解剖学的構造を模倣する必要はないことも示した。
