sEMGとMMGのシグナルを融合させることで,手作業での筋疲労の分類に関する研究
Zheng Wang1, Xiaorong Guan1,2, Dingzhe Li1
1School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China.
Sensors (Basel, Switzerland)
|August 28, 2025
まとめ
この研究では,表面電筋グラフィ (sEMG) と機械筋グラフィ (MMG) の信号を融合させることで,重い物を持ち上げる時の筋肉の疲労を分析するための新しい方法が導入されています. トランスフォーマー (BP + BERT) アルゴリズムによるバックプロパガンダニューラルネットワークと双方向エンコーダーの表現は,筋肉の疲労を分類する際に98.10%の精度を達成しました.
科学分野:
- 生物医学工学
- 労働衛生について
- 機械学習アプリケーション
背景:
- 重い荷物を手動で持ち上げると 筋肉の疲労と潜在的に不可逆的な障害が生じます
- 筋疲労の正確な分析は,職業上の怪我を予防するために不可欠です.
- 既存の方法は,ダイナミックな作業中の筋肉の疲労の複雑さを完全に捉えることはできません.
研究 の 目的:
- 手作業での筋疲労を分析するための新しい信号融合方法を提案し評価する.
- 筋肉の疲労分析における融合センサデータのためのトランスフォーマー (BP + BERT) アルゴリズムからのバックプロパガンダニューラルネットワークと双方向エンコーダー表現の初回アプリケーションを調査する.
- 組み合わせたsEMGとMMGの信号を用いて筋肉の疲労を分類する異なる機械学習アルゴリズムの性能を比較する.
主な方法:
- 16人の被験者に手動のリフティング疲労試験を行い,表面電筋グラフィ (sEMG) と機械筋グラフィ (MMG) の信号を収集した.
- 筋疲労を標識するために,sEMGとMMGの両方の信号から平均電力周波数 (MPF) の固有値を抽出します.
- sEMGとMMGのデータを3つのデータセットに統合し,SVM+RBF,SVM+BERT,BP,BP+BERTアルゴリズムを使用して筋肉の疲労を分類しました.
主要な成果:
- sEMGとMMGの信号の融合は,筋肉の疲労を分析する効果を示した.
- トランスフォーマー (BP + BERT) アルゴリズムによるバックプロパガンダニューラルネットワークと双方向エンコーダーの表現は,筋肉疲労の分類において最高平均精度98.10%を達成しました.
- BP + BERTアルゴリズムは,統合されたsEMGとMMGのデータセットを使用すると,性能が向上しました.
結論:
- sEMGとMMGのシグナル融合は,手作業での筋肉の疲労分析のための実行可能で効果的な戦略です.
- BP + BERTアルゴリズムは,筋肉の疲労の分類に強力で正確なアプローチを提供し,他のテストされた方法を上回ります.
- この研究は,高度な機械学習技術とマルチセンサデータ融合を組み合わせて,労働安全を改善し,筋肉の疲労を理解する可能性を強調しています.
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