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大学の技術・ノウハウ

脳波で操作するブレイン・マシン・インタフェース

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脳波で操作するブレイン・マシン・インタフェース

組織名 国立大学法人 電気通信大学 情報理工学部 田中 一男 教授
技術分野 医工連携/ライフサイエンス、IT
概要 人間がある動作・物体をイメージしたときに、特徴的な脳波が発生します。そこで、脳波を測定し、測定結果の特徴から何をイメージしたかを導き出し、イメージの通りに機器を操作する技術を研究しています。応用例として、電動車椅子において右や左に曲がりたいなどの意思操作や、手が動かせない方のための食事支援ロボット等の介護・福祉機器、脳波を用いたバーチャルゲームなどのアミューズメント用途が考えられます。本技術の活用、共同研究に意欲がある企業を歓迎します。
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【簡略図】
田中先生.jpg【背景】
 近年の医工学技術の進歩は、これまで治療が困難と思われてきた手足の運動や言語機能に重大な脳障害を持つ患者が、他社と円滑に意思疎通を行ったり、電動義手を自在に制御したりできるような道を拓きつつあります。
 その代表的な手段として最近、ブレイン・マシン・インタフェース(BMI)と呼ばれる脳と外部機器を直結する技術が注目されています。

 田中教授はブレイン・マシン・インタフェース分野でも先駆的な研究を進めており、脳波を用いた操作インタフェースの研究開発を進めています。本技術は、介護用機器のほか、アミューズメント機器など他用途でも様々な応用が可能です。

【技術内容】
 脳波を元に機器を操作する技術です。以下の手順から成り立ちます。

 1)人の頭に脳波測定器を取り付けます。 
 2)人が、ある行動やモノをイメージします。
 3)イメージしたときに発生した電気信号を、脳波計測器が測定します。
 4)電気信号を信号処理によって処理し、操作対象の機器を制御します。

 脳波計測器は非侵襲であり小型のため、人間への負荷が少なく、車椅子などに違和感無く設置することが可能です。なお、認識精度は80%程度です。

【技術・ノウハウの強み(新規性、優位性、有用性)】
 本技術の元となるノウハウは「ファジィ制御」と呼ばれる技術ですが、田中教授は研究論文の引用数(citation)がトータルで約5300、ファジィ関連の論文のみでも3900を超えており、世界トップレベルの研究者です。ボストン大学とのロボット・制御・ブレインインタフェースの共同研究なども進めています。
ブレインインタフェースに関して相当なノウハウを有しています。

【連携企業のイメージ】
 本技術の活用を希望する企業などを歓迎します。例えば、以下の企業へご提案が可能です。
1)電動車椅子、食事支援ロボットなど、介護・福祉用機器の開発に意欲がある企業。
2)脳波を利用したバーチャルゲームなど、アミューズメント機器の開発に意欲がある企業。
3)脳波を利用した操作インタフェースに興味がある企業。
4)他、本技術の実用化に意欲的な企業。

【技術・ノウハウの活用シーン】
例えば、以下の用途が考えられます。いずれも試作しています。

(電動車椅子)
 電動車椅子に座った人が、右に曲がりたい、左に曲がりたい、前に進みたい、後ろに下がりたい、などのイメージをすると、電動車椅子がその通りに動きます。
 
(食事支援ロボット)
 人の前方に幾つかの食品を用意し、食べたい食品をイメージすることにより、イメージされた食品をロボットが選択してスプーンですくい、人の口の前に運びます。

(脳波によるブロック崩し)
 ブロック棒を右に移動する、左に移動する、などと念じると、その通りにブロック棒が操作します。

「念じることによって操作する」という概念から、他にも様々なアイディアが考えられます。

※下記URLにて、デモンストレーションの動画が掲載されています。
http://www.rc.mce.uec.ac.jp/

【技術・ノウハウの活用の流れ】
 試作機は既にあり、デモンストレーションも可能です。お問合せ後、技術面談にて詳しい技術内容をご説明させていただきます。研究室もご案内いたします。
また、田中教授は世界でも最先端の制御工学の研究者であり、ファジィ制御、ロボット制御などの技術相談も歓迎します。

【専門用語の解説】
(ブレイン・マシン・インタフェース(BMI))
 脳波を解析して、人と機械との間で電気信号の形で入出力するためのプログラムや機器を指します。脳でモノを操る概念として、近年注目されている研究分野です。

(ファジィ制御)
 厳密な数値とその計算によって機械を制御するのではなく、柔軟な判断や推論で機会を制御する概念です。脳波から得られる信号には個人差やノイズなど様々な要因が影響するため、冗長性を持たせた優れた制御技術が必要となります。

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