パーキンソン病患者向けインテリジェントスプーン支援デバイス

必要な部品と材料

部品	数量
idIoTwareシールド	1
SG90マイクロサーボモーター	1
慣性計測ユニット（IMU、6自由度）	1
Arduino UNO	1

必要な工具と機械

• 3Dプリンター（汎用）

使用するアプリとオンラインサービス

• Arduino IDE

プロジェクト概要

パーキンソン病について

パーキンソン病は運動機能に影響を与える進行性の神経系疾患です。症状は徐々に始まり、最初は片手のわずかな震え（振戦）から始まることが多々あります。振戦は一般的ですが、筋肉のこわばりや動作の緩慢（無動）も引き起こします。

初期段階では表情が乏しくなり、歩行時に腕が振れなくなったり、言葉が小さくなったり、呂律が回らなくなったりします。症状は時間とともに悪化します。

完治は難しいですが、薬物療法で症状を大幅に改善できる場合があります。場合によっては脳の特定領域を調整する手術が提案されることもあります。

主な症状

• 振戦： 手足、特に手や指から始まることが多い。親指と人差し指をこすり合わせる「丸薬回し振戦」が特徴的。安静時に震えが出る。
• 無動（動作緩慢）： 簡単な動作が困難になり、時間がかかる。歩幅が狭くなり、椅子から立ち上がりにくい、足を引きずるように歩く。
• 筋固縮： 体のあらゆる部位の筋肉がこわばり、痛みを伴うことも。可動域が制限される。
• 姿勢障害とバランス障害： 前傾姿勢になりやすく、バランスを崩しやすい。
• 随伴運動の消失： まばたき、微笑み、歩行時の腕の振りなど、無意識の動作が減少。
• 発声障害： 声が小さく、早口、構音障害、抑揚のない単調な話し方になる。
• 書字障害： 字を書くのが困難になり、微小字（極端に小さい文字）になる。

参考: Mayo Clinic - パーキンソン病の症状と原因

プロジェクトの着想

このプロジェクトの大きな着想源となったのは、Liftware Steadyという、同じ目的で販売されている製品です。

私たちの目標は、既存の市販部品を使って同様のデバイスを構築することで、システムダイナミクスと得られる知見を理解することでした。

初期設計コンセプト

早い段階で、このプロジェクトがモーション制御、物理学、3D数学といった分野に踏み込む挑戦的なものになることは明らかでした。これらは私たちが実務知識を持つ分野であり、理論を実践に移す良い機会となりました。

設計コンセプトは、手に持って使用し、利用者の手の震えを打ち消してスプーンを水平に保ち、安定させるものです。

傾斜、加速度、相対/絶対位置を測定できるセンサーが必要でした。幸い、過去に使用経験のあるInvensenseのMPU6050モジュールが、求めていた動的応答（測定速度）を提供してくれると確信していました。

スプーンを十分に速く、正確に動かすアクチュエーターとして、ホビーサーボモーターを採用しました。応答速度が速く、十分なトルクが得られるためです。

私たちはIdiotwareシールドの開発元でもあるため、配線とハードウェア設定を5分で完了できるこのシールドを自然と選択しました。

製作手順

（多数の工程写真が掲載されています。3Dプリントパーツの出力、サーボの組み立て、IMUの取り付け、配線、筐体への収納などの過程が記録されています）

デモンストレーション

数日かけて、まずMPU6050センサーの値を解析し、直交配置した2軸のサーボモーターと3Dプリントパーツを用いたカスタム2軸回転機構を構築しました。

今後の展望

初期の疑問は最初のプロトタイプで概ね解決しました。速度と応答に関する想定は実測値と近かったです。

• ATtiny/ATmega328ベアボーン基板と手配線で、プロトタイプをさらに小型化
• サーボの固定をより確実に
• 18650リチウムイオン電池で駆動可能に

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コード

パーキンソン病患者向けスプーン
アシスティブテクノロジー用コード: GitHubリポジトリ