ウェアラブル筋電計測デバイスを新開発――投球時の手のひらの筋活動の計測に成功 早稲田大学ら

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早稲田大学は2019年12月12日、北里大学と共同で、「切り紙」から着想を得た伸縮配線と電子ナノ絆創膏を組み合わせた新しいウェアラブル筋電計測デバイスを開発したと発表した。また投球時に、野球のピッチャーの手のひらの筋肉がどのように活動しているのかを計測(表面筋電図計測)することに成功した。

先端計測技術は、アスリートの「ハイパフォーマンス・サポート事業」として注目されている。特に、繊細な皮膚感覚を有するアスリートにとって、違和感なくデバイスを装着し、かつ、その場で自身の動作を確認できることは、パフォーマンス向上や運動障害の克服において極めて重要だという。

研究チームは、先行研究において、皮膚に貼付するのみで表面筋電位などの生体信号を計測できる厚さ数百ナノメートルの導電性高分子からなるナノ薄膜「電子ナノ絆創膏」を開発。電気を通すプラスチック(導電性高分子)からなる電子ナノ絆創膏は、厚さ数百ナノメートルと非常に薄くて柔らかいため、のりや粘着性ゲルなどの接着剤を用いずに皮膚に貼ることができる。また、電子ナノ絆創膏は皮膚表面にナノレベルで密着、追従するため、スポーツの際に生じる皮膚の伸縮や発汗条件下でも、破れたり剥がれたりすることなく安定して使用できる。

今回の研究では、実際の計測に向けて開発が進められたという。実験では、電子ナノ絆創膏を手のひらの筋肉に貼り付け、ピッチャーの投球時の手のひらの筋活動を計測。また、装着者の投球時の手首の関節動作を妨げず、激しい運動に対しても安定な電気的接続を可能にするウェアラブル伸縮配線も開発し、この配線を利用し絆創膏とBluetooth端末を接続した。

この伸縮配線は「切り紙」に着想を得た構造で、立体的な構造変化によって伸縮性を発揮するよう加工された導電フィルムの周囲を弾性体で封止され、バネ特性と表面の絶縁性を兼ね備えている。

引張試験機を用いた試験では、元の長さの2.5倍まで伸ばしてもほとんど抵抗値が変わらず、この伸縮動作を100回以上繰り返しても筋電位計測に十分使用可能な抵抗値を維持した。

投球測定の解析では、ハイスピードカメラで撮影した投球動作の映像と計測した筋電波形を同期させて、ストレートとカーブの投球時の前腕と手のひらの筋活動を比較し、前腕の筋活動には球種間でほとんど違いが見られなかったのに対し、手のひらにおいては、力を入れるタイミングに若干の違いがあることを確認した。

今後は、あらゆるスポーツにおいて繊細な皮膚感覚を有するアスリートのパフォーマンスを詳細に解析するためのツールとしての利用が期待できるという。イップス改善法策定に向けた一助となることや、音楽や工芸におけるプロフェッショナルの筋電図記録にも活用できるとしている。

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