握力ブースター　〜扉開閉をもっとラクにする装置〜

完成 2024.11.11 公開（2024.11.12 更新） © CC BY 4+ visibility173

完成 © CC BY 4+

2024.11.11 公開（2024.11.12 更新） visibility173

民製の小型振動子を用いて、握力増強装置を開発しました。特に、扉を開くためにドアノブを握る際の握力に注目しました。開扉動作時に手首と肘の腱を同時に振動刺激することで、握力を増大させることに成功しました。

link https://www.youtube.com/watch?v=6MdHYOIdwqQ

システム構成

「握力ブースター　〜扉開閉をもっとラクにする装置〜」は、「開扉動作時の握力を測定するモジュール」と「振動刺激を発生させるモジュール」から構成されています。
いずれのモジュールもM5Stack basicを用いて制御しています。
開扉動作時の握力を測定するモジュールではまず、扉の取手にロードセルを設置し、開扉動作時の握力を計測します（上図①）。その値が7セグLEDに表示されます（上図②）
次に、握力が一定値以上かどうかをM5Stackをで閾値判定します。一定値以上であれば、振動刺激を発生させるモジュールに組み込まれたM5StackにESP-NOWで信号を送ります（上図③）。
こちらのM5StackにはMIDIモジュールが接続されており、120 Hzの正弦波音声ファイルを再生します（上図④）。音声はパワーアンプで増幅された後、手首と肘に設置されたバイブロトランスデューサーを振動させます（上図⑤）。
最後にバイブロトランスデューサーが手首と肘の腱を振動刺激することで、感覚求心性神経を活性化します（緊張性振動反射）。脊髄反射を介して発揮中の握力が増大されるという仕組みです。

素材

ストーリー: コンセプト

人生100年時代、加齢による筋力低下は大きな問題です。筋力低下は全身の代謝にも影響し、フレイルと呼ばれる新しい疾患として社会的に重要な医療課題にも繋がっています。

一方で、製作者が身を置く科学、特に生理学の世界では、筋力を増強させるヒントが溢れています。例えば、振動刺激によって感覚求心性神経を活性化できることは生理学の世界では古くから知られています（ Goodwin et al. 1972）。その現象を利用して、筋力を増強するようなアプリケーションも提案されています（例えば、Sagastegui Alva et al. 2024）。

しかし、生理学の世界の常識と日常生活で目にするアプリケーションの間には、まだまだ乖離があるように感じられました。そこで、研究機器ではなく民製品のみを用いて、手軽にその効果を実感できるようなデバイスを作ろうと考えました。

使用効果

製作者自身が刺激ありなしで6回ずつ握力を測定した結果、約1.2倍の統計的に有意な握力の増大が認められました。

今後の展望

扉の開閉にとどまらず、日常生活のあらゆる場面で加齢による握力低下をサポートできるような装置となれることを目指しています。