ハイブリッドリンク・システムの強化学習による柔軟なスポーツ用義足を用いた適応的走行のシミュレーション

要旨: 本研究では、ハイブリッドリンクシステムを用い、リーフスプリング型スポーツ義足の柔軟性を備えた片側の膝下（transtibial）切断者に対して、強化学習に基づく適応的な走行運動シミュレーションを提案する。スポーツ義足の設計および選定は、多くの場合試行錯誤に依存している。人の運動と義足の変形の相互作用を考慮した包括的な全身ダイナミクス解析は、利用者固有の設計・選定に有用な知見を提供し得る。ハイブリッドリンクシステムは、義足の柔軟な変形を表すためにPiece-wise Constant Strainモデルを組み込むことで、全身ダイナミクス解析を容易にする。このシステムに基づき、シミュレーション手法は、運動キャプチャデータからの模倣学習と、正確な義足ダイナミクス計算を組み合わせた強化学習ベースのアプローチにより、片側の膝下切断者の全身動的運動を生成する。異なる仮想義足剛性条件の下で走行運動をシミュレーションし、シミュレーションから得られた輸送の代謝コストを解析した。その結果、剛性の変化が走行パフォーマンスに影響することが示唆された。本研究の知見は、このアプローチが現実条件とは異なる仮想条件下でのシミュレーションと解析に対する可能性を有することを示している。