2018年9月27日 更新

筋肉の電気信号・筋電位の計測

じゃんけんの姿勢を筋電位で計測して,識別できるか検証します

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新しくライターとなりました,大学院生の栢菅です.
今はペンギンロボットの開発をしていますが,学部生のときに筋電義手の研究をしていました.
今後,筋肉や脈拍などの生体信号計測に関する記事を中心に執筆いたします.

はじめに

最近Appleから新型Apple Watchが発表されましたね.
この新型にはフィットネスやヘルスケアを支える生体信号計測センサとして,脈拍計測機能,新規に心電図計測機能が搭載されました.
今回はApple Watchには搭載されていませんが,VRゲームやリバビリに利用されている筋電位センサについて説明します.

そもそも筋電位とは?

筋肉(筋線維)が収縮したときに発生する活動電位.
力を強くするほど多くの筋線維が収縮するので信号の振幅が大きくなります.
(https://www.jstage.jst.go.jp/article/nskkk/57/6/57_6_273/_pdf/-char/ja)

筋電位の活用した製品や筋電センサの販売が行われており,扱いやすい生体信号になりつつあります.
MYO(https://www.myo.com/)
Myo Ware 筋電センサ(https://www.switch-science.com/catalog/2682/)

じゃんけんの様子の計測

使用したもの
・Arduino互換機
・筋電センサ
筋電センサは以下のサイトを参考に製作しました.
(http://libra23.hatenablog.com/entry/sensor/emg/complete)
条件
・手の姿勢 グー チョキ パー
・サンプリング周波数1000 Hz 1 サンプリング時間5 s
・センサ位置 長母指屈筋(青,0) 長橈側手根伸筋(橙,1) 尺側手根屈筋(緑,2)
筋電図(グー姿勢)

筋電図(グー姿勢)

手の姿勢をグーにした時の一秒間の筋電図.
筋電図(チョキ姿勢)

筋電図(チョキ姿勢)

手の姿勢をチョキにした時の筋電図.
グー姿勢に比べて,全体的に振幅が小さくなっています.
筋電図(パー姿勢)

筋電図(パー姿勢)

手の姿勢をパーにした時の筋電図です.
チョキと同様な振幅ですが,高周波になっているように見えます
センサごとのパワースペクトルを確認してみます.
 (5001)

グーだと筋電位の周波数帯が広く,指の屈曲に使用する筋肉のパワーが強くなっています.
チョキだと指の伸展側の筋肉のパワーが強くなっています.
パーはほとんど信号が見られません.
この図では確認できませんが,チョキとパーの周波数についてパーの方が高周波成分を有することを確認できました.

さいごに

じゃんけんの手の姿勢の筋電位を計測して,比較して見ましたが,全く同じではないので識別ができそうです.
次回はchainerを使って姿勢識別をしてみようと思います.
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