熟練者の技を、初心者が手軽に学び
ロボットに組み込む未来へ
名古屋市立大学 データサイエンス学部 教授
横山 清子 先生
身体状態を推定し、生活をより良い方向に設計
私の研究は「人間工学」や「生体信号処理」がキーワードになります。「人間工学」とは、調査や実験の結果に基づき、人が使う道具やシステム、生活環境や労働環境を、より良い方向に設計するための学問です。「生体信号処理」は、心拍や脳波、筋電といった身体からの電気信号、人の動作、人が何を見ているのかといった注視点などをコンピュータで分析し、身体状態の推定などを行います。
例えば最近では、塗装、建物の壁や床をコテを使って塗り上げる左官、重機オペレータなどの熟練者の動作に関する研究を行っています。３次元空間内の人の動きを数値化する「モーションキャプチャ」と呼ばれる技術で彼らの動きを測定したり、筋肉の活動度合を表す筋電図や作業中の注視点を測定したりすることで、彼らが無意識に行っている動作を、３DCGアニメーションなどを用いてわかりやすく見せることができるのです。この結果を、初心の技能工がスマートフォンなどで手軽に参照し、熟練者の技を学ぶことができるような教育用コンテンツへの展開も行っています。将来的には、作業ロボットの動作に数値化された熟練者の技を組み込むなど、さらに発展させられると良いと考えています。
生体信号の活用で、運転中の眠気を覚ます
また、生体信号からリアルタイムに人のストレスやリラックス、眠気などを推定し、ストレスを感じていたらリラックスへ誘導する、あるいは作業中や自動車運転中に眠気を検出したら覚醒度を上昇させる、といった研究も行っています。その１つの例として、心拍と同期したタイミングでシートの背もたれを振動させることで、肺での酸素交換効率を上昇させ、血中の酸素飽和度が向上すると覚醒度を維持できる、という結果を得ました。
これまで、生体信号や動作などを測定するためには、専用のセンサーを身体に装着する必要がありました。しかし、現在は、生活空間にある様々な「もの」がネットワークに接続できるIoTと呼ばれる技術を活用して、家具や室内カメラ、スマートウォッチなどで測定されるデータから人の生体状態を推定し、良い方向に誘導するようなシステム開発にも着手しています。ベッドに敷いた圧力センサーマットや寝具に装着したセンサーから起き上がりや寝返り、離床を検知するといった研究が１つの例です。
白衣を着て試験管を操作するいわゆる「科学者」のイメージが出発点
私が研究者になりたいと思ったのは、高校生くらいのときでした。勉強が嫌いではなく、理科の実験が楽しかったからですが、その頃は、白衣を着て試験管を操作しているような、いわゆる「科学者」をイメージしていたと思います。実際には、大学は理学部ではなく工学部の情報工学科に進学し、当時の「はしり」であった画像処理に興味を持ち、「なまずの網膜の画像データベース作成」のテーマを選択し、専門書や論文に記載されているアルゴリズムを参考に自分でプログラムを作って、実際に画像を編集したり、特徴量を計算できた時の嬉しさからこの研究を継続したく大学院に進学しました。今行っている研究の始まりは、修士課程修了後に就職した高等専門学校において、研究指導をいただいた恩師のテーマが「生体信号処理」だったことにあります。その後、芸術工学部に奉職したことで、学生のデザイン能力と私がそれまでに行ってきた画像処理、そして生体信号処理を組み合わせたいとの思いが現在の研究テーマに発展するきっかけになったと考えています。
データ分析の楽しさと企業との共同研究によるやりがい
実験や観測から得られたデータを色々な方法で分析して、仮説が検証できたり、新しい発見があることはとても楽しいです。データ分析は地道な単純作業になることも多いですが、時を忘れて集中できます。また、分析に新しい方法を取り入れるために一生懸命考えてプログラムを作成することも、完成したときの達成感が面白さの１つだと思います。最近は企業との共同研究を行う機会も多く、商品の開発や改良、業界の課題解決の一助に研究成果が直接つながることは大きなやりがいになっています。
横山先生からのメッセージ
皆さんには将来に向けての夢を持ってほしいです。そして、その夢を実現するためには努力してください。その努力が実を結び夢が現実のものになると思います。また、興味のある分野だけでなく、ちょっと違うかな？ と思う分野の知識も積極的に得てください。案外異なった分野にも面白いことがたくさんあり、また、異なった分野の知識を融合することで新しい発見やアイデアの創出につながります。
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