特許 7386475 人体を模したモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-16

(45)【発行日】2023-11-27

(54)【発明の名称】人体を模したモジュール

(51)【国際特許分類】

   G09B 23/28 20060101AFI20231117BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20231117BHJP

【ＦＩ】

G09B23/28

G01L5/00 101Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019217110

(22)【出願日】2019-11-29

(65)【公開番号】P2020112783

(43)【公開日】2020-07-27

【審査請求日】2022-10-07

(31)【優先権主張番号】P 2019002794

(32)【優先日】2019-01-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）革新的研究開発推進プログラム（ＩｍＰＡＣＴ） 「Ｐａｉｎ－Ｓｅｎｓｉｎｇダミーの開発 ～ 人－ ロボット共存社会の実現をめざして～ 」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(72)【発明者】

【氏名】プングラサミー・タンヤポン

(72)【発明者】

【氏名】島岡 優策

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 竜司

(72)【発明者】

【氏名】岡本 球夫

【審査官】宇佐田 健二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２２７９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭６０－０２４９４６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１４－１１９５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４９１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中曽根 祐司、外2名，“人間顔の喜怒哀楽表情のモデル化”，「計算工学 1999 Vol.4 No.3」，日本，日本計算工学会，1999年09月30日，第4巻，第3号，pp.10-14，[ISSN]1341-7622

【文献】三輪 洋靖、外4名，“多彩な感情表出が可能な人間形頭部ロボットWE-3RVの開発”，「第１９回日本ロボット学会学術講演会講演論文集ＣＤ－ＲＯＭ ２００１年」，日本，社団法人日本ロボット学会，2001年09月18日，pp.271-272

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０９Ｂ ２３／００－２９／１４

Ｇ０１Ｌ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

骨を模した骨部材と、
前記骨部材の上に積層されて、筋肉及び脂肪を含む皮下層を模した皮下層部材と、
前記皮下層部材の上に積層されて、ヤング率が前記皮下層部材よりも大きくなるように構成される、皮膚を模した皮膚部材と、
を備え、
前記皮膚部材に荷重をかけたときにおいて、前記皮膚部材及び前記皮下層部材に負荷される荷重と、前記皮膚部材及び前記皮下層部材の変位との関係を示す荷重－変位量特性は、初期段階における第１の傾きと、初期段階以降における、前記第１の傾きよりも急な第２の傾きと、を有する、人体を模したモジュール。

【請求項2】

前記荷重－変位量特性は、前記第１の傾きを含み、傾きの変化量が０よりも大きくなる第１の領域と、前記第２の傾きを含み、前記第１の領域よりも傾きの変化量が小さくなる第２の領域と、を有する、請求項１に記載の人体を模したモジュール。

【請求項3】

前記皮下層部材と前記骨部材との間に配置されて、前記皮膚部材に荷重をかけたときの圧力情報を検出する第１のセンサ部材を備える、請求項１または２に記載の人体を模したモジュール。

【請求項4】

前記皮膚部材と前記皮下層部材との間に配置されて、前記皮膚部材に荷重をかけたときの圧力情報を検出する第２のセンサ部材をさらに備える、請求項３に記載の人体を模したモジュール。

【請求項5】

前記第２のセンサ部材は、前記皮膚部材の下面に面する第１の主面、及び前記皮下層部材の上面に面する第２の主面を有するフレキシブルな面状部材である、請求項４に記載の人体を模したモジュール。

【請求項6】

前記骨部材は、湾曲した凸面を含む湾曲部を有し、
前記凸面は、前記皮下層部材に向いている、請求項１から５のいずれか一項に記載の人体を模したモジュール。

【請求項7】

前記骨部材は、複数種類設けられて前記皮下層部材の下に交換可能に配置され、
複数種類の前記骨部材は、前記湾曲部の曲率が互いに異なるように構成される、請求項６に記載の人体を模したモジュール。

【請求項8】

請求項３から５のいずれか一項に記載の人体を模したモジュールと、
前記第１のセンサ部材で検出される圧力情報に基づいて、人体の痛み情報を出力する制御部と、を備える、人体の痛みを評価する評価システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人体を模したモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種のモジュールとして、例えば、特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１には、骨部と、骨部の外周を取り囲む内皮部と、内皮部の外周を取り囲む外皮部とから構成される安全性評価用ダミーが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－４９１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のモジュールによれば、人体にかかる力をより簡易に評価するという観点において未だ改善の余地がある。

【0005】

従って、本発明の目的は、前記課題を解決することにあって、人体にかかる力をより簡易に評価することができる、人体を模したモジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の一態様の人体を模したモジュールは、骨を模した骨部材と、骨部材の上に積層されて、筋肉及び脂肪を含む皮下層を模した皮下層部材と、皮下層部材の上に積層されて、ヤング率が皮下層部材よりも大きくなるように構成される、皮膚を模した皮膚部材と、皮下層部材と骨部材との間に配置されて、皮膚部材に荷重をかけたときの圧力情報を検出する第１のセンサ部材と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係る人体を模したモジュールによれば、人体にかかる力をより簡易に評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る実施形態１の人体を模したモジュールの概略断面図

【図2】モジュールに圧子で荷重をかける前の状態を示す概略断面図

【図3】モジュールに圧子で荷重をかけた状態を示す概略断面図

【図4】モジュールに圧子で荷重をかけたときの、第１のアレイセンサ及び第２のアレイセンサのピーク圧力値を示す図

【図5】モジュールに圧子で荷重をかけたときの、第１のアレイセンサ及び第２のアレイセンサのピーク圧力値を示す図

【図6A】モジュールに圧子で荷重をかけたときの、第１のアレイセンサの圧力分布を示す図

【図6B】モジュールに圧子で荷重をかけたときの、第２のアレイセンサの圧力分布を示す図

【図7A】モジュールに圧子で荷重をかけたときの、第１のアレイセンサの圧力分布を示す図

【図7B】モジュールに圧子で荷重をかけたときの、第２のアレイセンサの圧力分布を示す図

【図8】人体及びモジュールに圧子で荷重をかけたときの荷重－変位量の特性を示す図

【図9】本発明に係る実施形態２の人体を模したモジュールの概略断面図

【図10】本発明に係る実施形態２の人体を模したモジュールの荷重－変位量特性を示す図

【図11】人体の腕橈骨筋が位置する腕部分の荷重－変位量特性を示す図

【図12】本発明に係る実施形態２の人体を模したモジュール及び人体の荷重－変位量特性を示す図

【図13A】本発明に係る実施形態２の人体を模したモジュール、及びモジュールの一部の部材を変更したものに圧子で荷重をかけたときの荷重－変位量特性を示す図

【図13B】本発明に係る実施形態２の人体を模したモジュール、及びモジュールの一部の部材を変更したものに圧子で荷重をかけたときの荷重－変位量特性を示す図

【図14A】本発明に係る実施形態２の人体を模したモジュール、及びモジュールの一部の部材を変更したものに圧子で荷重をかけたときの荷重－変位量特性を示す図

【図14B】本発明に係る実施形態２の人体を模したモジュール、及びモジュールの一部の部材を変更したものに圧子で荷重をかけたときの荷重－変位量特性を示す図

【図15】本発明に係る実施形態３の人体を模したモジュールの概略側面図

【図16A】本発明に係る実施形態３の骨部材が板状部材上に配置されていない状態を示す側面図

【図16B】本発明に係る実施形態３の骨部材が曲率半径４５ｍｍの場合の骨部材及び板状部材の側面図

【図16C】本発明に係る実施形態３の骨部材が曲率半径２２ｍｍの場合の骨部材及び板状部材の側面図

【図16D】本発明に係る実施形態３の骨部材が曲率半径６ｍｍの場合の骨部材及び板状部材の側面図

【図17A】本発明に係る実施形態３の湾曲部の曲率が異なるモジュールと、圧子でモジュールを押したときにセンサ部材が検出する最大圧力との関係を示す図

【図17B】本発明に係る実施形態３の湾曲部の曲率が異なるモジュールと、圧子でモジュールを押したときにセンサ部材が検出する最大圧力との関係を示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明に係る第１態様によれば、骨を模した骨部材と、骨部材の上に積層されて、筋肉及び脂肪を含む皮下層を模した皮下層部材と、皮下層部材の上に積層されて、ヤング率が皮下層部材よりも大きくなるように構成される、皮膚を模した皮膚部材と、皮下層部材と骨部材との間に配置されて、皮膚部材に荷重をかけたときの圧力情報を検出する第１のセンサ部材とを備える、人体を模したモジュールを提供する。

【0010】

本発明に係る第２態様によれば、皮下層部材の上に皮膚部材を積層した状態で皮膚部材に荷重をかけたときにおいて、皮膚部材及び皮下層部材に負荷される荷重と、皮膚部材及び皮下層部材の変位との関係を示す荷重－変位量特性は、初期段階における第１の傾きと、初期段階以降における、第１の傾きよりも急な第２の傾きと、を有する、第１態様に記載の人体を模したモジュールを提供する。

【0011】

本発明に係る第３態様によれば、荷重－変位量特性は、第１の傾きを含み、傾きの変化量が０よりも大きくなる第１の領域と、第２の傾きを含み、第１の領域よりも傾きの変化量が小さくなる第２の領域と、を有する、第２態様に記載の人体を模したモジュールを提供する。

【0012】

本発明に係る第４態様によれば、皮膚部材と皮下層部材との間に配置されて、皮膚部材に荷重をかけたときの圧力情報を検出する第２のセンサ部材をさらに備える、第１態様から第３態様のいずれか１つに記載の人体を模したモジュールを提供する。

【0013】

本発明に係る第５態様によれば、第２のセンサ部材は、皮膚部材の下面に面する第１の主面、及び皮下層部材の上面に面する第２の主面を有するフレキシブルな面状部材である、第４態様に記載の人体を模したモジュールを提供する。

【0014】

本発明に係る第６態様によれば、骨部材は、湾曲した凸面を含む湾曲部を有し、
凸面は、皮下層部材に向いている、第１態様から第５態様のいずれか１つに記載の人体を模したモジュールを提供する。

【0015】

本発明に係る第７態様によれば、骨部材は、複数種類設けられて皮下層部材の下に交換可能に配置され、複数種類の骨部材は、湾曲部の曲率が互いに異なるように構成される、第６態様に記載の人体を模したモジュールを提供する。

【0016】

本発明に係る第８態様によれば、第１態様から第７態様のいずれか１つに記載の人体を模したモジュールと、第１のセンサ部材で検出される圧力情報に基づいて、人体の痛み情報を出力する制御部と、を備える、人体の痛みを評価する評価システムを提供する。

【0017】

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。

【0018】

（実施形態１）
図１は、本発明に係る実施形態１の人体を模したモジュール１の概略断面図である。モジュール１は、例えば、人体の上腕部分を模して形成される。モジュール１は、例えば、人間の痛みを評価するために用いられるダミーモジュールである。

【0019】

図１に示すように、モジュール１は、骨部材３と、皮下層部材５と、皮膚部材７と、第１のアレイセンサ９と、第２のアレイセンサ１１と、制御部２０とを備える。骨部材３は、人体の骨を模した部材である。皮下層部材５は、人体の筋肉及び脂肪を含む皮下層を模した部材である。皮膚部材７は、人体の皮膚を模した部材である。第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１は、例えば、圧力センサである。制御部２０は、第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１で検出される情報を制御する。

【0020】

より精度の高い測定を行うために各構成部材において人体の各組織に近い構成に分割することが考えられるが、本実施形態のモジュール１においては、より簡易でコストを低減するという観点から、類似した組織を１つの層として取り扱っている。

【0021】

本実施形態では、骨部材３は、上腕骨を模した棒状部材である。骨部材３は、例えば、硬質ウレタンフォームで形成される。

【0022】

皮下層部材５は、上腕部分の皮下層を模した部材である。皮下層部材５は、骨部材３の外周に配置される。具体的には、皮下層部材５は、骨部材３の外周全体を覆うように配置される。本実施形態では、皮下層部材５は、人体の筋肉層及び脂肪層を一体的な筋脂肪層として扱い、当該筋脂肪層を模した部材である。常温ではヤング率が小さく液体状に近く、軟らかくて成形や形状維持等が困難な、脂肪層を模した脂肪部材ではなく、筋脂肪層を模した皮下層部材５を用いることで、適切な形状での測定を行うことができる。

【0023】

皮下層部材５は、例えば、ウレタンゲル（ポリウレタン）で形成される。皮下層部材５のヤング率は、例えば、１０ｋＰａ以上５５ｋＰａ以下である。上腕部の脂肪量が、例えば前腕部等の部位の脂肪量よりも多いため、上腕部の皮下層を模した皮下層部材５のウレタンゲルのヤング率は小さくなる傾向がある。皮下層部材５が、例えば脂肪量が少なく筋肉質な前腕部等の部位における皮下層を模した部材である場合、ウレタンゲルのヤング率は大きくなる傾向がある。

【0024】

皮膚部材７は、上腕部分の皮膚を模した部材である。皮膚部材７は、皮下層部材５の外周に配置される。具体的には、皮膚部材７は、皮下層部材５の外周全体を覆うように配置される。皮膚部材７は、例えば、シリコンで形成される。

【0025】

第１のアレイセンサ９（皮膚下センサ）は、皮膚部材７と皮下層部材５との間に配置される。具体的には、第１のアレイセンサ９は、皮下層部材５の外表面の一部を覆うように配置される。人体の皮膚及び皮膚内側の脂肪層には、例えば、人間の痛み（表在痛）、圧覚、触覚等を感知する感覚受容器が集中して存在している。このため、皮膚部材７と皮下層部材５との間に第１のアレイセンサ９を配置することで、人間の痛み（表在痛等）、圧覚、触覚等を評価することができる。

【0026】

第２のアレイセンサ１１（骨近傍センサ）は、皮下層部材５と骨部材３との間に配置される。具体的には、第２のアレイセンサ１１は、骨部材３の外表面の一部を覆うように骨部材３の形状に沿って配置される。人体の骨（骨膜）及び骨の外側の筋肉層（筋膜）には、例えば人間の痛み（深部痛）を感知する感覚受容器が集中して存在している。このため、皮下層部材５と骨部材３との間に第２のアレイセンサ１１を配置することで、人間の痛み（深部痛）を評価することができる。

【0027】

第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１は、３次元の変形が可能なシート状のセンサである。第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１は、皮膚部材７に荷重が加えられたときに圧力情報を検出する。第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１は、それぞれのセンサ面が互いに対向するように配置される。

【0028】

制御部２０は、第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１で検出される圧力情報に基づいて、痛み情報を出力する。例えば、センサの厚みが厚い場合やセンサが硬い場合等、第１のアレイセンサ９が配置されていることによって、第２のアレイセンサ１１の値に影響が出る場合がある。このような場合には、制御部２０は、第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１が配置されている状態での第２のアレイセンサ１１で検出される圧力値を、第１のアレイセンサ９が無い場合に第２のアレイセンサ１１で検出される圧力値に補正してもよい。これにより、第１のアレイセンサ９が配置されている構成であっても、第１のアレイセンサ９が無い場合の第２のアレイセンサ１１の圧力値を取得することができる。このため、人体に荷重が負荷された場合における骨近傍の圧力値をより正確に予測することができ、例えば深部痛等の痛みの評価をより正確に行うことができる。

【0029】

制御部２０が出力する痛み情報とは、例えば、表在痛、深部痛等の体性痛に関する情報である。本実施形態での痛み情報は、一次痛に関する情報である。痛み情報は、例えば、人体が痛みを感じ始めるときにおける、第１のアレイセンサ９の検出値と第２のアレイセンサ１１の検出値の補正値とに関する情報である。具体的には、痛み情報は、ピーク圧力の情報、圧力分布の情報等である。

【0030】

表在痛に関する情報は、例えば、第１のアレイセンサ９で検出される圧力値が予め決められた閾値を超えたときに出力される。深部痛に関する情報は、例えば、第２のアレイセンサ１１で検出される圧力値を制御部２０が補正した後の圧力値が予め決められた閾値を超えたときに出力される。

【0031】

図２は、モジュール１に圧子１３で荷重をかける前の状態を示す概略断面図である。図３は、モジュール１に圧子１３で荷重をかけた状態を示す概略断面図である。

【0032】

図２に示すように、モジュール１に圧子１３で荷重をかける前において、第１のアレイセンサ９は皮下層部材５の外表面に沿った形状であり、第２のアレイセンサ１１は骨部材３の外表面に沿った形状となっている。

【0033】

図３に示すように、モジュール１に圧子１３で荷重をかけた状態において、皮膚部材７及び皮下層部材５は、圧子１３による荷重の負荷方向に変形する。このとき、皮膚部材７及び皮下層部材５の変形に伴って、第１のアレイセンサ９も同様に、圧子１３による荷重の負荷方向に変形する。具体的には、第２のアレイセンサ１１は、圧子１３による荷重の負荷方向に向けて湾曲するように変形する。

【0034】

（実施例１）
次に実施例１について説明する。実施例１において、モジュール１に対して、骨部材３に向けて圧子１３を３３ｍｍ押し付けたときの第１のアレイセンサ９ａ（図１）及び第２のアレイセンサ１１ａの値を測定した。モジュール１の第１のアレイセンサ９ａ及び第２のアレイセンサ１１ａの面上に位置する皮膚部材７に対して、圧子１３を押し付けた。

【0035】

第２のアレイセンサ１１ａを、骨部材３において上腕骨の前腕側端部に対応する部分に配置した。具体的には、第２のアレイセンサ１１ａを、骨部材３において上腕骨の外側部に対応する部分の形状に沿って配置した。第１のアレイセンサ９ａ及び第２のアレイセンサ１１ａには、圧力センサ（静電容量式、最大測定圧力７ＭＰａ、最小測定圧力３４．５ｋＰａ、空間分解能２．５４ｍｍ、使用温度１０～４０°、耐久性１０万回）を用いた。

【0036】

骨部材３、皮下層部材５、及び皮膚部材７を、アメリカ人男性のサイズ中央値のデータを模して作製した。骨部材３を、圧縮強度１５０～１６０ＭＰａの硬質ウレタンフォームで形成した。皮下層部材５を、ヤング率１０～５５ｋＰａのウレタンゲルで形成した。皮膚部材７を、ヤング率１００ｋＰａのシリコンで形成した。圧子１３により荷重が負荷される部分に関して、皮下層部材５の厚みを約３５ｍｍで形成し、皮膚部材７の厚みを約２ｍｍで形成した。

【0037】

図４及び図５は、第１のアレイセンサ９ａ及び第２のアレイセンサ１１ａのピーク圧力値を示す図である。

【0038】

図４は圧子１３の先端部分が正四角柱形状の場合の結果であり、図５は圧子１３の先端部分が半球形状の場合の結果である。図４において、圧子１３の先端部分の正四角柱形状の大きさが７ｍｍ×７ｍｍ、１４ｍｍ×１４ｍｍ、１９ｍｍ×１９ｍｍ、２４ｍｍ×２４ｍｍの場合の結果を示す。図５において、圧子１３の先端部分の半球形状の半径が５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍの場合の結果を示す。図４及び図５において、実線が第１のアレイセンサ９ａの値を示し、点線が第２のアレイセンサ１１ａの値を示す。

【0039】

図４及び図５に示すように、圧子１３の先端部分の形状が異なっている場合でも、圧子１３の先端部分の大きさが大きくなるにつれて、第１のアレイセンサ９ａの値は低くなり、第２のアレイセンサ１１ａは高くなった。

【0040】

さらに、圧子１３の先端部分の形状が異なっている場合でも、圧子１３の先端部分の大きさが所定の大きさよりも小さいとき、第２のアレイセンサ１１ａよりも第１のアレイセンサ９ａの方が高い圧力値を示した。これにより、圧子１３の大きさが所定の大きさよりも小さい場合、表在痛が生じやすいことが分かった。

【0041】

また、圧子１３の先端部分の形状が異なっている場合でも、圧子１３の先端部分の大きさが所定の大きさよりも大きいとき、第１のアレイセンサ９ａよりも第２のアレイセンサ１１ａの方が高い圧力値を示した。これにより、圧子１３の大きさが所定の大きさよりも大きい場合、深部痛が生じやすいことが分かった。

【0042】

図６Ａ及び図７Ａは、第１のアレイセンサ９ａの圧力分布を示す図である。図６Ｂ及び図７Ｂは、第２のアレイセンサ１１ａの圧力分布を示す図である。

【0043】

図６Ａ及び図６Ｂ並びに図７Ａ及び図７Ｂにおいて示される数字は、センサの圧力値の段階、すなわち、数字の大きさが大きくなるほど圧力値が高くなっていることを示す。また、図示される点線は、圧子１３の先端部分の外形を示す。図６Ａ及び図６Ｂは圧子１３の先端部分の正四角柱形状の大きさが７ｍｍ×７ｍｍの場合の結果を示し、図７Ａ及び図７Ｂは圧子１３の先端部分の正四角柱形状の大きさが２４ｍｍ×２４ｍｍの場合の結果を示す。

【0044】

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、圧子１３の大きさが所定の大きさよりも小さい場合、第１のアレイセンサ９ａの圧力値（ピーク圧力値）の方が第２のアレイセンサ１１ａの圧力値（ピーク圧力値）よりも高い圧力分布となった。これにより、圧子１３の大きさが所定の大きさよりも小さい場合、表在痛が生じやすいことが分かった。

【0045】

一方、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、圧子１３の大きさが所定の大きさよりも大きい場合、第２のアレイセンサ１１ａの圧力値（ピーク圧力値）の方が、第１のアレイセンサ９ａの圧力値（ピーク圧力値）よりも高い圧力分布となった。これにより、圧子１３の大きさが所定の大きさよりも大きい場合、深部痛が生じやすいことが分かった。

【0046】

（実施例２）
次に実施例２について説明する。実施例２において、モジュール１Ａ及び人体に対して圧子１３で押し付けたときの、荷重－変位量特性を測定した。圧子１３は、先端部分が正四角柱形状で、大きさが１４ｍｍ×１４ｍｍのものを用いた。また、圧子１３は、端面をＲ２ｍｍで加工したものを用いた。圧子１３の移動速度を２ｍｍ／ｓ、移動ピッチを１ｍｍ、移動後の停止時間を２秒として測定を行った。

【0047】

モジュール１Ａに関して、モジュール１と異なる部分について説明する。モジュール１Ａは、人体の前腕部分を模したモジュールである。モジュール１Ａは、前腕部分の骨を模した骨部材３Ａと、前腕部分の皮下層を模した皮下層部材５Ａと、前腕部分の皮膚を模した皮膚部材７Ａとを備える。

【0048】

骨部材３Ａ、皮下層部材５Ａ、及び皮膚部材７Ａを、日本人成人男性の平均サイズ（人間生活工学研究センターの人間計測データベース２００４年１０月～２００６年１０月のデータ参照）を模して作製した。骨部材３Ａを、圧縮強度１５０～１６０ＭＰａの硬質ウレタンフォームで形成した。皮下層部材５Ａを、ヤング率１０～５５ｋＰａのウレタンゲルで形成した。皮膚部材７Ａを、ヤング率１００ｋＰａのシリコンで形成した。圧子１３により荷重が負荷される部分に関して、皮下層部材５Ａの厚みを約３５ｍｍで形成し、皮膚部材７Ａの厚みを約２ｍｍで形成した。

【0049】

皮下層部材５Ａにおいて人体の腕橈骨筋に対応する部分の外側の皮膚部材７Ａに対して、骨部材３Ａに向けて圧子１３で押し付けた。平均サイズに近い日本人成人男性（３０～５０歳代、身長１６５～１７５ｃｍ、ＢＭＩは１８．５～２５ｋｇ／ｍ^２）１５名の人体の腕橈骨筋の外側の皮膚に対して、骨に向けて圧子１３で押し付けた。

【0050】

図８は、実施例２の結果を示す図である。図８において、実線は人体の結果を示し、点線はモジュール１Ａの結果を示す。

【0051】

図８に示すように、人体の荷重－変位量の特性に関して、人によってばらつきはあるものの、初期変位段階では線形的な変化となり、初期変位段階以降では非線形的な変化となった。モジュール１Ａの荷重－変位量の特性においても、人体の場合と同様に、初期変位段階では線形的な変化となり、初期変位段階以降では非線形的な変化となった。さらに、モジュール１Ａの荷重－変位量の特性は、初期変位段階でも初期変位段階以降でも、共に人体の荷重－変位量の特性のばらつきの範囲内となった。これにより、モジュール１Ａは、人体により近い材料特性を有していることが分かった。

【0052】

本実施形態に係る人体を模したモジュール１によれば、以下の効果を奏することができる。

【0053】

本実施形態に係る人体を模したモジュール１は、骨部材３と、皮下層部材５と、皮膚部材７と、第１のアレイセンサ９と、第２のアレイセンサ１１と、制御部２０とを備える。骨部材３は、骨を模した部材である。皮下層部材５は、骨部材３の外周に配置されて、筋肉及び脂肪を含む皮下層を模した部材である。皮膚部材７は、皮下層部材５の外周に配置されて、皮膚を模した部材である。第１のアレイセンサ９は、皮膚部材７と皮下層部材５との間に配置されて、皮膚部材７に荷重が加えられたときの圧力情報を検出する。第２のアレイセンサ１１は、皮下層部材５と骨部材３との間に配置されて、皮膚部材７に荷重が加えられたときの圧力情報を検出する。制御部２０は、第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１で検出される圧力情報に基づいて、痛み情報を出力する。

【0054】

この構成によれば、第１のアレイセンサ９により、例えば表在痛の評価を行うことができ、第２のアレイセンサ１１により、例えば深部痛の評価を行うことができる。このため、例えば荷重が負荷されるときの接触面積が小さいとき等の表在痛が生じやすい場合、及び例えば荷重が負荷されるときの接触面積が大きいとき等の深部痛が生じやすい場合のどちらの場合でも痛みの評価を行うことができる。これにより、痛みの評価をより正確に行うことができる。

【0055】

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記実施形態では、モジュール１は、人体の上腕部分を模したモジュールであるとしたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、第１のアレイセンサ及び第２のアレイセンサで検出される圧力情報に基づいて、痛み情報を出力するモジュールであれば、上腕部分を模したモジュールに限定されない。モジュール１は、例えば、前腕、手、下肢、体幹部（腹、背等）、人体全体等を模したモジュールであってもよい。

【0056】

また、モジュール１は、人間の痛みを評価するために用いられるダミーモジュールであるとしたが、モジュール１は、例えば人体構造を模したロボット等であってもよい。

【0057】

また、第１のアレイセンサ９は、皮下層部材５の外表面の一部を覆うように配置され、第２のアレイセンサ１１は、骨部材３の外表面の一部を覆うように配置されるとしたが、これに限定されない。第１のアレイセンサ９は、皮下層部材５の外表面全体を覆うように配置され、第２のアレイセンサ１１は、骨部材３の外表面全体を覆うように配置されていてもよい。

【0058】

また、人体の筋肉及び脂肪を含む皮下層を模した皮下層部材のヤング率は、筋肉量又は脂肪量の少なくともいずれか一方に応じて、部位によって変化させてもよい。また、当該皮下層部材のヤング率は、人体の部位に依らずに統一して形成してもよい。当該皮下層部材を、部位に依らずに統一して形成する場合は、ウレタンゲルのヤング率は、好ましくは、２５ｋＰａ以上３５ｋＰａ以下である。

【0059】

また、モジュール１は、第１のアレイセンサ９と、第２のアレイセンサ１１とを備えるとしたが、第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１は、アレイセンサに限定されない。第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１は、アレイセンサではなく、例えば、単体のセンサであってもよい。

【0060】

また、骨部材３、皮下層部材５、及び皮膚部材７の各部材の厚みは、場所によって変更してもよい。また、骨部材３、皮下層部材５、及び皮膚部材７の各部材の材料は、上述した材料以外で形成されてもよい。

【0061】

また、本実施形態では、製造を容易にし、製造コストを低減するために、皮下層部材５は、人体の筋肉層及び脂肪層を一体的な筋脂肪層として扱い、当該筋脂肪層を模した部材であるとしたが、これに限定されない。骨部材３と、皮下層部材５と、皮膚部材７の各部材を、人体構成により類似した構成になるように分割して形成してもよい。例えば、皮下層部材５を、人体の脂肪層を模した脂肪層部材と、人体の筋肉層を模した筋肉層部材と、人体の筋膜を模した筋膜部材と、人体の腱に模した腱部材とに分割して形成してもよい。また、例えば、皮膚部材７を、人体の表皮を模した表皮部材と、人体の真皮を模した真皮部材と、人体の角層を模した角層部材とに分割して形成してもよい。また、例えば、脂肪層部材と筋肉層部材との間や、表皮部材と真皮部材との間等に、センサを配置してもよい。このような構成によって、人体により近いモジュールで痛みの評価を行うことができる。

【0062】

また、第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１は、圧力センサであるとしたが、人体の感覚受容器の役割を有する（モジュール１への外力に対して感知可能な）センサ、測定器であってもよい。第１のアレイセンサ９及び第２のアレイセンサ１１は、例えば、力センサ、ロードセル、温度センサ等であってもよい。

【0063】

（実施形態２）
次に、実施形態２の人体を模したモジュール１００について、主に実施形態１と異なる点について説明する。また、実施形態２では、実施形態１と重複する記載は、適宜省略する。

【0064】

図９は、実施形態２の人体を模したモジュール１００の概略断面図である。図９に示すように、モジュール１００は、骨部材１１０と、皮下層部材１２０と、皮膚部材１３０と、第１のセンサ部材１４０及び第２のセンサ部材１５０と、荷重センサ１６０とを備える。

【0065】

本実施形態の骨部材１１０は、板状部材である。骨部材１１０は、例えば、金属材料、セラミックス、樹脂等の高剛性材料で形成される。骨部材１１０の上面１１０ａは、平面状に形成される。骨部材１１０の下面１１０ｂは、荷重センサ１６０上に配置される。

【0066】

皮下層部材１２０は、骨部材１１０の上面１１０ａに積層されて骨部材１１０と皮膚部材１３０との間に配置される。皮下層部材１２０は、フレキシブルな面状部材である。皮下層部材１２０は、例えば、ウレタンゲル、シリコン、エラストマー等で形成される。皮下層部材１２０の厚みは、評価を行う人体の部位に応じて決定される。皮下層部材１２０と皮膚部材１３０との厚みの比は、例えば、０．８５～２７．２に設定される。皮膚部材１３０の厚みは、例えば２ｍｍ（文献［１］参照）に設定される。例えば、手の甲を評価する場合、皮下層部材１２０の厚みは１．７ｍｍ（文献［２］参照）に設定される。上腕を評価する場合、皮下層部材１２０の厚みは５０．９ｍｍ（文献［１］及び文献［３］参照）に設定される。前腕中間部分を評価する場合、皮下層部材１２０の厚みは３０．０ｍｍ（文献［１］及び文献［４］参照）に設定される。ふくらはぎを評価する場合、皮下層部材１２０の厚みは５４．３ｍｍ（文献［５］及び文献［６］参照）に設定される。皮下層部材１２０のヤング率は、例えば、腕部を評価する場合、１０ｋＰａ以上５５ｋＰａ以下である。

【0067】

皮膚部材１３０は、皮下層部材１２０上に積層されてモジュール１００の上面（外表面）１３０ａを構成する。皮膚部材１３０は、フレキシブルな面状部材である。皮膚部材１３０は、例えば、シリコン、ウレタンゲル、エラストマー等で形成される。皮膚部材１３０のヤング率は、例えば、６０ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下である。皮膚部材１３０は、ヤング率が皮下層部材１２０よりも大きくなるように構成される。

【0068】

第１のセンサ部材１４０及び第２のセンサ部材１５０は、皮膚部材１３０に荷重をかけたときの圧力情報を検出する。具体的には、第１のセンサ部材１４０及び第２のセンサ部材１５０は、センサ部材が配置される場所における圧力分布及び最大圧力を測定する。第１のセンサ部材１４０は、例えば、圧力を受けたときに変色して色の濃度によって圧力の大きさを測定できる感圧シートである。感圧シートは、例えば、ＰＥＴベースの基材に発色剤と顕色剤を塗布したフィルムである。本実施形態の第１のセンサ部材１４０は、圧力の測定毎に交換可能に設けられる。第２のセンサ部材１５０は、例えば、圧力を測定できるフレキシブルなアレイセンサである。

【0069】

第１のセンサ部材１４０及び第２のセンサ部材１５０は、面方向に延びる面状部材である。具体的には、第１のセンサ部材１４０は、皮下層部材１２０の下面１２０ｂに面する第１の主面１４０ａと、骨部材１１０の上面１１０ａに面する第２の主面１４０ｂとを有する。第２のセンサ部材１５０は、皮膚部材１３０の下面１３０ｂに面する第１の主面１５０ａと、皮下層部材１２０の上面１２０ａに面する第２の主面１５０ｂとを有する。

【0070】

第１のセンサ部材１４０及び第２のセンサ部材１５０は、皮下層部材１２０を挟むように配置される。第２のセンサ部材１５０は、皮下層部材１２０を挟んで第１のセンサ部材１４０の上方に配置される。

【0071】

第１のセンサ部材１４０は、骨部材１１０と皮下層部材１２０との間に配置される。具体的には、第１のセンサ部材１４０は、骨部材１１０の上面１１０ａによって支持される。高剛性部材である骨部材１１０上に第１のセンサ部材１４０が支持されるので、皮膚部材１３０に荷重がかかったときでも、第１のセンサ部材１４０は元の形状を容易に維持することができる。このため、皮膚部材１３０に荷重がかかったときでも、第１のセンサ部材１４０に折れ目が付きにくいため、第１のセンサ部材１４０として、感圧シートのように硬めのフィルム基材を有する部材を採用することができる。感圧シートは、フレキシブルなアレイセンサよりも安価であるため、モジュール１００のコストを低減することができる。

【0072】

第２のセンサ部材１５０は、皮下層部材１２０と皮膚部材１３０との間に配置される。具体的には、第２のセンサ部材１５０の第１の主面１５０ａが皮膚部材１３０の下面１３０ｂと接触し、第２のセンサ部材１５０の第２の主面１５０ｂが皮下層部材１２０の上面１２０ａと接触する。第２のセンサ部材１５０は、フレキシブルな面状部材であって、皮下層部材１２０及び皮膚部材１３０が荷重を受けて変形したときに、皮下層部材１２０及び皮膚部材１３０と共に変形するように構成される。これにより、皮下層部材１２０及び皮膚部材１３０間における圧力をより正確に測定することができる。

【0073】

荷重センサ１６０は、骨部材１１０、皮下層部材１２０、及び皮膚部材１３０にかかる力（荷重）を検出する。本実施形態の荷重センサ１６０は、弾性部材１６２及びセンサ１６４を有する。弾性部材１６２は、例えば、ばねである。弾性部材１６２は、ばね定数が異なって複数種類設けられ、評価を行う人体の部位に応じてばね定数を変更可能に設けられる。腹部を評価する場合、弾性部材１６２のばね定数は、例えば１０Ｎ／ｍｍに設定される（文献［７］参照）。肩部を評価する場合、弾性部材１６２のばね定数は、例えば３５Ｎ／ｍｍに設定される（文献［７］参照）。

【0074】

次に、モジュール１００の皮下層部材１２０及び皮膚部材１３０の材料特性について、図１０～図１４Ｂを用いて説明する。

【0075】

図１０は、実施形態１におけるモジュール１Ａの荷重－変位量特性を示す図である。図１１は、人体の腕橈骨筋が位置する腕部分の荷重－変位量特性を示す図である。

【0076】

図１０及び図１１は、１４ｍｍ×１４ｍｍの正四角柱形状で端面をＲ２ｍｍで加工した圧子で皮膚部材７Ａ及び腕の皮膚を押し込んだときの結果である。図１０及び図１１において、圧子の移動量と、当該移動量のときに圧子に発生する荷重を測定することで、モジュール１Ａ及び人体の荷重－変位量特性を測定した。また、図１０及び図１１において、圧子の移動速度を準静的な衝突速度（２ｍｍ／ｓ）、移動ピッチを１ｍｍ、移動後の停止時間を２秒とした結果である。図１０は３回分のモジュール１Ａの測定結果を示し、図１１は１人３回で１５人の測定結果を示す。

【0077】

図１０に示すように、モジュール１Ａの荷重－変位量特性は、初期段階における第１の傾きＧ１と、初期段階以降における、第１の傾きＧ１よりも急な第２の傾きＧ２とを有する。第１の傾きＧ１は、第１の領域Ｆ１に含まれる。第２の傾きＧ２は、第１の領域Ｆ１よりも変位量が大きい領域である第２の領域Ｆ２に含まれる。第２の領域Ｆ２は、第１の領域Ｆ１に対して滑らかに接続される。第２の領域Ｆ２における平均の傾きは、第１の領域における平均の傾きよりも大きい。

【0078】

第１の領域Ｆ１における傾きの変化量は０よりも大きくなり、第２の領域Ｆ２における傾きの変化量は第１の領域Ｆ１における傾きの変化量よりも小さくなる。本実施形態において、第１の領域Ｆ１は非線形領域を含み、第２の領域Ｆ２は線形領域を含む。本実施形態の第１の領域Ｆ１の初期変位段階においては、圧子で荷重をかけ始めてから所定の変位までの間において線形領域を含む。ここで、非線形は、傾きの変化量が０よりも大きいことを示し、線形は、傾きの変化量が０であることを示す。

【0079】

図１１に示すように、人体の荷重－変位量特性は、第１の領域Ｆ３と、第２の領域Ｆ４とを有する。第１の領域Ｆ３は非線形領域を含み、第２の領域Ｆ４は線形領域を含む。図１０及び図１１から、モジュール１Ａは、人体と同様に、初期段階において非線形領域を有し、非線形領域よりも変位が大きい領域において線形領域を有する部材であることが示される。このため、モジュール１Ａを用いることで、人体にかかる力を簡易に評価することができる。

【0080】

図１２を用いて、人型のモジュール１Ａだけでなく、より簡易な構成である簡易型のモジュール１００においても人体と同様の特性を有することを示す。図１２は、人体及びモジュール１００の荷重－変位量特性を示す図である。図１２において、実線は図８と同様の人体の結果を示し、点線はモジュール１００の結果を示す。図１２において、モジュール１００の骨部材１１０は、金属板である。具体的には、骨部材１１０及び荷重センサ１６０として、ＧＴＥ社の衝撃力測定器ＫＭＧ－５００を用いた。皮下層部材１２０は、ヤング率３０ｋＰａのウレタンゲルで厚みが１８ｍｍに形成される。皮膚部材１３０は、ヤング率１００ｋＰａのシリコンで厚みが２ｍｍで形成される。荷重センサ１６０の弾性部材１６２のばね定数は、７５Ｎ／ｍｍである。

【0081】

図８及び図１２に示すように、実施形態１におけるモジュール１Ａよりも簡易なモジュールである実施形態２のモジュール１００であっても、人体と同様の結果が得られることを知見した。すなわち、モジュール１００においても、初期段階において非線形領域を有し、非線形領域よりも変位が大きい領域において線形領域を有することを知見した。これにより、モジュール１００を用いて人体にかかる力をより簡易に評価することができる。

【0082】

図１３Ａ～図１４Ｂは、モジュール１００、及びモジュール１００の一部の部材を変更したものに圧子で荷重をかけたときの荷重－変位量特性を示す図である。図１３Ａ及び図１４Ａは、圧子の移動速度を２ｍｍ／ｓとした結果であって、図１３Ｂ及び図１４Ｂは、圧子の移動速度を１００ｍｍ／ｓとした結果である。図１３Ａ及び図１３Ｂは、１４ｍｍ×１４ｍｍの正四角柱形状で端面をＲ２ｍｍで加工した圧子で測定した結果であって、図１４Ａ及び図１４Ｂは、３４ｍｍ×３４ｍｍの正四角柱形状で端面をＲ２ｍｍで加工した圧子で測定した結果である。

【0083】

図１３Ａ～図１４Ｂに示すＤ１は、モジュール１００の結果であって、Ｌ１～Ｌ３は、モジュール１００の一部の部材を変更したときの結果である。具体的には、Ｌ１～Ｌ３は、ＧＴＥ社の衝撃力測定器ＫＭＧ－５００を用いて行った測定結果である。Ｌ１は、骨部材１１０の上に、ショア硬度が１０である円柱状の衝撃吸収部材を置いて当該衝撃吸収部材の上から圧子で荷重をかけたときの結果である。Ｌ２は、衝撃吸収部材のショア硬度が３０のときの結果である。Ｌ３は、衝撃吸収部材のショア硬度が７０のときの結果である。

【0084】

図１３Ａ～図１４ＢのＬ１～Ｌ３に示すように、いずれの場合においても、衝撃吸収部材を用いたときの荷重－変位量特性は線形的に変化している。具体的には、ショア硬度や弾性部材１６２のばね定数等を変更した場合であっても、図１０～図１２に示すような非線形領域から線形領域に遷移するような特性の変化が生じていない。このため、Ｌ１～Ｌ３の結果を示す構成においては、線形領域のみの荷重－変位量特性を有する人体の部位でない限り、正確な測定を行うことができないことを知見した。これに対して、モジュール１００においては、非線形領域の荷重－変位量特性を有する人体の部位であっても正確な測定を行えることを知見した。

【0085】

Ｌ１～Ｌ３で示す結果に対して、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、圧子の大きさが１４ｍｍ×１４ｍｍの場合、モジュール１００の荷重－変位量特性は、初期段階に非線形領域を有し、初期変位段階以降に線形領域を有する。一方、図１４Ａに示すように、圧子の大きさが３４ｍｍ×３４ｍｍの場合、圧子の大きさが１４ｍｍ×１４ｍｍの場合よりも非線形領域の範囲が小さくなっている。図１４Ｂに示すように、圧子の移動速度が１００ｍｍ／ｓの場合、非線形領域の範囲が図１４Ａの結果よりもさらに小さくなり線形領域だけとなっている。

【0086】

図１３Ａ～図１４Ｂに示すように、モジュール１００の荷重－変位量特性は、荷重をかける圧子の大きさが大きくなるほど、線形的な変化に近づく部材である。さらに、モジュール１００は、圧子の移動速度が速くなるほど、線形的な変化に近づく部材である。つまり、速度という時間的な変化による差が生じる事から、ヤング率（弾性率）という機械的な変化を現す指標だけではなく、粘性という指標も関係していると考えられる。特に、簡易モジュール１００の場合、荷重センサ１６０内の弾性部材１６２がヤング率（弾性率）に寄与しており、圧子の押込みによって変化する皮下層部材及び皮膚部材の軟材料が粘性に寄与していると考えられる。

【0087】

本実施形態に係る人体を模したモジュール１００によれば、以下の効果を奏することができる。

【0088】

本実施形態に係る人体を模したモジュール１００は、骨部材１１０と、皮下層部材１２０と、皮膚部材１３０と、皮下層部材１２０と骨部材１１０との間に配置されて、皮膚部材１３０に荷重をかけたときの圧力情報を検出する第１のセンサ部材１４０とを備える。

【0089】

これによれば、人体に外力が加わったときに人体にかかる力を簡易に評価することができる。第１のセンサ部材１４０によって、骨近傍にかかる圧力を簡易に評価することができる。このため、第１のセンサ部材１４０によって人体の深部痛を簡易に評価することができる。

【0090】

また、荷重－変位量特性は、初期段階における第１の傾きＧ１と、初期段階以降における、第１の傾きＧ１よりも急な第２の傾きＧ２とを有する。

【0091】

これによれば、荷重－変位量特性が第１の傾きＧ１と第１の傾きＧ１よりも急な第２の傾きＧ２とを有することで、モジュール１００の材料特性を人体の特性に近づけることができる。このため、人体にかかる力をより正確に測定することができる。

【0092】

また、荷重－変位量特性は、第１の傾きＧ１を含み、傾きの変化量が０よりも大きくなる第１の領域Ｆ１と、第２の傾きＧ２を含み、第１の領域Ｇ１よりも傾きの変化量が小さくなる第２の領域Ｆ２とを有する。

【0093】

これによれば、モジュール１００の材料特性を人体の特性により一層近づけることができる。

【0094】

また、モジュール１００は、皮膚部材１３０と皮下層部材１２０との間に配置されて、皮膚部材１３０に荷重をかけたときの圧力情報を検出する第２のセンサ部材１５０をさらに備える。

【0095】

これによれば、第２のセンサ部材１５０によって人体の表層にかかる圧力を簡易に評価することができる。このため、人体の深部痛だけでなく、第２のセンサ部材１５０によって表在痛を簡易に評価することができる。

【0096】

また、第２のセンサ部材１５０は、皮膚部材１３０の下面１３０ｂに面する第１の主面１５０ａ、及び皮下層部材１２０の上面１２０ａに面する第２の主面１５０ｂを有するフレキシブルな面状部材である。

【0097】

これによれば、第２のセンサ部材１５０をフレキシブルな面状部材とすることで、皮膚部材１３０及び皮下層部材１２０の変形に伴って第２のセンサ部材１５０を変形させることができる。これにより、皮膚部材１３０及び皮下層部材１２０が変形したときでも、第１の主面１５０ａを皮膚部材１３０の下面１３０ｂに沿わせ、第２の主面１５０ｂを皮下層部材１２０の上面１２０ａに沿わせることができる。このため、皮膚部材１３０と皮下層部材１２０との間における圧力を第２のセンサ部材１５０によってより正確に測定することができる。さらに、第２のセンサ部材１５０が第１のセンサ部材１４０の圧力値に与える影響を低減することができる。このため、皮下層部材１２０と骨部材１１０との間における圧力を第１のセンサ部材１４０によってより正確に測定することができる。

【0098】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、上記実施形態では、モジュール１００は、第２のセンサ部材１５０を備えるとしたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、モジュール１００は、第２のセンサ部材１５０を備えない構成であってもよい。このような構成であっても、第１のセンサ部材１４０によって人体の深部痛を簡易に評価することができる。

【0099】

また、モジュール１００と、第１のセンサ部材１４０で検出される圧力情報に基づいて、人体の痛み情報を出力する制御部とを備える、人体の痛みを評価する評価システムであってもよい。制御部は、例えば、第１のセンサ部材１４０で検出される最大圧力値が所定の閾値を超えた場合に痛み情報（深部痛に関する情報）を出力する。さらに、制御部は、第２のセンサ部材１５０で検出される最大圧力値が所定の閾値を超えた場合に痛み情報（表在痛に関する情報）を出力してもよい。出力された痛み情報は、例えばディスプレイ等の表示部に表示される。当該評価システムによって人体の痛みを簡易に評価することができる。

【0100】

また、モジュール１００において、各層の部材（例えば、骨部材１１０、皮下層部材１２０、皮膚部材１３０、荷重センサ１６０等）が互いに離れないようにするために、周囲を固定してもよく、又は各層間を接着させてもよい。これにより、最外層の皮膚層が皮下層部材の外周全体を覆うように配置されるモジュール１と同様に、モジュール１００に圧子で荷重をかけたときに各層の部材の外周が互いに離間することを防止できる。このため、圧子で荷重をかけたときに、各層の部材にかかる力の測定をより正確に行うことができる。例えば、皮膚部材１３０をシリコンで形成し皮下層部材１３０をウレタンゲルで形成した場合、接着剤によって皮膚部材１３０及び皮下層部材１３０の接着を行ってもよい。また、例えば、皮膚部材１３０及び皮下層部材１３０をシリコン等の同じ部材で形成した場合、材料同士の吸着によって皮膚部材１３０及び皮下層部材１３０の接着を行ってもよい。

【0101】

（実施形態３）
次に、実施形態３の人体を模したモジュール１０２について、主に実施形態２と異なる点について説明する。また、実施形態３では、実施形態２と重複する記載は、適宜省略する。

【0102】

図１５は、実施形態３の人体を模したモジュール１０２の概略側面図である。なお、図１５においては、皮下層部材１２２及び皮膚部材１３２は一体の層として図示している。

【0103】

図１５に示すように、モジュール１０２の骨部材１１２は、湾曲した凸面１１３を含む湾曲部１１４を有する。本実施形態では、湾曲部１１４の凸面１１３は、骨部材１１２の上面を構成する。骨部材１１２の下面は平面状に形成される。凸面１１３は、皮下層部材１２２に向くように配置される。

【0104】

本実施形態の骨部材１１２は、湾曲部１１４の曲率が互いに異なって複数種類設けられる。骨部材１１２は、皮下層部材１２２の下に交換可能に配置される。具体的には、骨部材１１２は、評価を行う人体の部位に応じて湾曲部１１４の曲率を変更可能に設けられる。また、骨部材１１２は、荷重センサ１６０の板状部材１６６上で支持される。板状部材１６６の上面は、平面状に形成されて、骨部材１１２の平坦な下面を支持する。

【0105】

骨部材１１２の湾曲部１１４上に積層される皮下層部材１２２及び皮膚部材１３２は、湾曲部１１４の湾曲形状と同様に湾曲して配置される。皮下層部材１２２及び皮膚部材１３２は、フレキシブルな面状部材である。本実施形態では、皮膚部材１３２上にさらに第３のセンサ部材１９０が配置される。第３のセンサ部材１９０は、皮膚部材１３２の圧力情報（皮膚部材１３２上の圧力分布及び最大圧力）を測定する。第３のセンサ部材１９０によって皮膚部材１３２上にかかる圧力を測定することで、人体の皮膚上にかかる圧力を評価することができる。

【0106】

本実施形態の第１のセンサ部材１８０及び第３のセンサ部材１９０は、圧力を測定できるフレキシブルなアレイセンサである。第１のセンサ部材１８０は、湾曲部１１４の湾曲形状と同様に湾曲して配置される。第３のセンサ部材１９０は、皮膚部材１３２の湾曲形状と同様に湾曲して配置される。

【0107】

次に、図１６Ａ～図１６Ｄ及び図１７Ａ～図１７Ｂを用いて、湾曲部１１４の曲率が異なるモジュール１０２と、圧子１７０でモジュール１０２を押したときにセンサ部材１８０，１９０が検出する最大圧力との関係について説明する。

【0108】

図１６Ａは、骨部材１１２が板状部材１６６上に配置されていない状態を示す側面図である。図１６Ｂ、図１６Ｃ、図１６Ｄは、それぞれ、曲率半径が４５ｍｍの骨部材１１２ａ、曲率半径が２２ｍｍの骨部材１１２ｂ、曲率半径が６ｍｍの骨部材１１２ｃが板状部材１６６上に配置されている状態を示す側面図である。図１６Ｂに示す骨部材１１２ａは、例えば顔の骨を模した部材である。図１６Ｃに示す骨部材１１２ｂは、例えば上腕骨を模した部材である。図１６Ｄに示す骨部材１１２ｃは、例えば手の甲や橈骨等を模した部材である。

【0109】

図１７Ａ及び図１７Ｂは、湾曲部１１４の曲率が異なるモジュール１０２と、圧子１７０でモジュール１０２を押したときにセンサ部材１８０，１９０が検出する最大圧力との関係を示す図である。図１７Ａは圧子の大きさが７ｍｍ×７ｍｍの場合の結果であって、図１７Ｂは、圧子の大きさが７４ｍｍ×７４ｍｍの場合の結果である。図１７Ａ及び図１７Ｂにおいて、実線は第３のセンサ部材１９０によって測定される最大圧力を示し、破線は第１のセンサ部材１８０によって測定される最大圧力を示す。

【0110】

図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、湾曲部１１４の曲率が異なるとき、第１のセンサ部材１８０及び第３のセンサ部材１９０のいずれの場合でも最大圧力が異なっている。このため、湾曲部１１４の曲率が異なる複数種類の骨部材を交換可能に設けることで、人体にかかる力をより正確に測定することができる。

【0111】

図１７Ａに示すように、第１のセンサ部材１８０及び第３のセンサ部材１９０のいずれの場合でも、曲率半径の大きさと最大圧力との相関性は低くなっている。一方、図１７Ｂに示すように、第１のセンサ部材１８０及び第３のセンサ部材１９０のいずれの場合でも、曲率半径の大きさと最大圧力との相関性は高くなっている。具体的には、曲率半径が小さくなるほど、第１のセンサ部材１８０及び第３のセンサ部材１９０で検出される最大圧力の大きさが大きくなっている。このように、圧子１７０の大きさが所定の大きさよりも大きい場合に、曲率半径が小さくなるほど、第１のセンサ部材１８０及び第３のセンサ部材１９０で検出される最大圧力の大きさが大きくなる。つまり、圧子１７０の大きさが所定の大きさよりも小さいときには、衝突時の最大圧力は、骨側の形状の影響を受けにくいが、圧子１７０の大きさが所定の大きさよりも大きいときには、衝突時の最大圧力は、骨側の形状の影響を受けやすくなる。

【0112】

本実施形態に係る人体を模したモジュール１０２によれば、以下の効果を奏することができる。

【0113】

本実施形態に係る人体を模したモジュール１０２は、骨部材１１２は、湾曲した凸面１１３を含む湾曲部１１４を有し、凸面１１３は、皮下層部材１２２に向いている。

【0114】

これによれば、骨部材１１２が湾曲部１１４を有することで、モジュール１０２の特性を人体の特性により一層近づけることができる。

【0115】

また、骨部材１１２は、複数種類設けられて皮下層部材１２２の下に交換可能に配置され、複数種類の骨部材１１２は、湾曲部１１４の曲率が互いに異なるように構成される。

【0116】

これによれば、複数種類の骨部材１１２を、湾曲部１１４の曲率が互いに異なるように構成することで、部位に応じて骨部材１１２の種類を変更することができる。このため、人体にかかる力をより正確に測定することができる。

【0117】

なお、骨部材１１２の湾曲部１１４は、所定の単一方向からの側面視でのみ湾曲していてもよく、複数方向からの側面視において湾曲していてもよい。また、湾曲部１１４は、任意の方向からの側面視において、同じ曲率で湾曲していている半球状であってもよい。また、湾曲部１１４は、複数の方向（２軸方向又は多軸方向）からの側面視において、それぞれ異なる曲率で湾曲していてもよい。

【0118】

なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

【0119】

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。また、実施形態における要素の組み合わせや順序の変化は、本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。

【0120】

［参照文献］
［１］Ｇｉｂｎｅｙ ＭＡ， Ａｒｃｅ ＣＨ， Ｂｙｒｏｎ ＫＪ， Ｈｉｒｓｃｈ ＬＪ， （２０１０）， “Ｓｋｉｎ ａｎｄ ｓｕｂｃｕｔａｎｅｏｕｓ ａｄｉｐｏｓｅ ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｎ ａｄｕｌｔｓ ｗｉｔｈ ｄｉａｂｅｔｅｓ ａｔ ｓｉｔｅｓ ｕｓｅｄ ｆｏr ｉｎｓｕｌｉｎ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｓ： ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｎｅｅｄｌｅ ｌｅｎｇｔｈ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ”， Ｃｕｒｒ Ｍｅｄ Ｒｅｓ Ｏｐｉｎ， Ｖｏｌ．２６， Ｎｏ．６， ｐｐ．１５１９－１５３０．
［２］Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｋｏｒｅａｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ， Ａｊｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ
［３］Ｒ． Ｏｇａｓａｗａｒａ， ｅｔ ａｌ，． （２０１２）， “Ｔｉｍｅ ｃｏｕｒｓｅ ｆｏｒ ａｒｍ ａｎｄ ｃｈｅｓｔ ｍｕｓｃｌｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｃｈａｎｇｅｓ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｂｅｎｃｈ ｐｒｅｓｓ ｔｒａｉｎｉｎｇ”， Ｉｎｔｅｒｖ Ｍｅｄ Ａｐｐｌ Ｓｃｉ， Ｖｏｌ ４， Ｎｏ．４， ｐｐ．２１７－２２０
［４］Ｉｉｖａｒｉｎｅｎ ＪＴ， Ｋｏｒｈｏｎｅｎ ＲＫ， Ｊｕｌｋｕｎｅｎ Ｐ，． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｏｆｔ ｔｉｓｓｕｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｉｎ ｆｏｒｅａｒｍ ｕｓｉｎｇ ａ ｍａｎｕａｌ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ． Ｍｅｄ Ｅｎｇ Ｐｈｙｓ ２０１１； ３３： １２４５－１２５３
［５］Ｕ． Ｗｏｌｆ， ｅｔ ａｌ，． （２００３）， “Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｎ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｃａｌｆ ｗｉｔｈ ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｉｐｏｓｅ ｔｉｓｓｕｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ”， ＩＳＯＴＴ， Ｖｏｌ．２３， ｐｐ．２２５－２３０
［６］Ｃｈｏｗ ＲＳ， ｅｔ ａｌ，． （２０００）， “Ｓｏｎｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｓｏｌｅｕｓ ａｎｄ ｇａｓｔｒｏｃｎｅｍｉｕｓ ｍｕｓｃｌｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ： ｇｅｎｄｅｒ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ”， Ｅｕｒ Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓｉｏｌ ， Ｖｏｌ．８２， ｐｐ．２３６－２４４
［７］ＦＢ ＨＭ－０８０ ＤＧＵＶ－Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｒｏｂｏｔ ｓｙｓｔｅｍｓ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ”Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｆｏｒｃｅ Ｌｉｍｉｔｉｎｇ” ｆｕｎｃｔｉｏｎ， Ｉｓｓｕｅ Ａｕｇｕｓｔ ２０１７

【産業上の利用可能性】

【0121】

本発明に係る人体を模したモジュールは、例えば、人体の痛みの評価を行うのに有用である。

【符号の説明】

【0122】

１，１Ａ，１００，１０２ モジュール
３，３Ａ，１１０，１１２，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ 骨部材
５，５Ａ，１２０，１２２ 皮下層部材
７，７Ａ，１３０，１３２ 皮膚部材
９，９ａ，９ｂ 第１のアレイセンサ
１１，１１ａ，１１ｂ 第２のアレイセンサ
１３，１７０ 圧子
２０ 制御部
１１０ａ，１３０ａ 上面
１１０ｂ，１３０ｂ 下面
１１３ 凸面
１１４ 湾曲部
１４０，１８０ 第１のセンサ部材
１４０ａ，１５０ａ 第１の主面
１４０ｂ，１５０ｂ 第２の主面
１５０ 第２のセンサ部材
１６０ 荷重センサ
１６２ 弾性部材
１６４ センサ
１６６ 板状部材
１９０ 第３のセンサ部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【図16D】

【図17A】

【図17B】