レーダーによる筋肉疲労の解析(Decoding Muscle Fatigue With Radar)

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2026-05-11 カーネギーメロン大学

米国カーネギーメロン大学(CMU)の研究チームは、ミリ波レーダー(mmWave radar)を用いて筋肉疲労を非接触で測定するシステム「GigaFlex」を開発した。スポーツ科学やリハビリテーション分野では筋疲労の定量評価が重要だが、従来は筋電計や装着型センサーなど接触式手法が主流であり、装着位置や使用時の負担が課題だった。GigaFlexは、筋収縮時に生じる皮膚表面の微細な振動をレーダーで捉え、カオス理論に着想を得た解析手法によって、筋力や疲労状態を推定する。研究では23名の被験者を対象に検証を行い、最大筋力(MVIC)を約6%の誤差で推定し、筋力トレーニングで重要な「Repetitions in Reserve(限界まで残された反復回数)」も高精度で予測できることを示した。性能は従来の接触型センサーに匹敵しながら、装着不要で計測できる点が特徴である。本技術は、過度なトレーニングによるけがの予防や運動効率の向上に加え、将来的にはリハビリテーションや遠隔医療における生体情報モニタリングへの応用も期待される。

<関連情報>

GigaFlex:カオス理論に着想を得たレーダーによる運動中の筋肉振動の非接触モニタリング GigaFlex: Contactless Monitoring of Muscle Vibrations During Exercise with a Chaos-Inspired Radar

Jiangyfei Zhu、Yuzhe Wang、Tao Qiang、Vu Phan、Zhixiong Li、Evy Meinders、+3
SenSys ’26: Proceedings of the 2026 ACM/IEEE International Conference on Embedded Artificial Intelligence and Sensing Systems  Published: 10 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1145/3774906.3802776

レーダーによる筋肉疲労の解析(Decoding Muscle Fatigue With Radar)

Abstract

In this paper, our goal is to enable quantitative feedback on muscle fatigue during exercise to optimize exercise effectiveness while minimizing injury risk. We seek to capture fatigue by monitoring surface vibrations that muscle exertion induces. Muscle vibrations are unique as they arise from the asynchronous firing of motor units, producing surface micro-displacements that are broadband, nonlinear, and seemingly stochastic. Accurately sensing these noise-like signals requires new algorithmic strategies that can uncover their underlying structure. We present GigaFlex the first contactless system that measures muscle vibrations using mmWave radar to infer muscle force and detect fatigue. GigaFlex draws on algorithmic foundations from Chaos theory to model the deterministic patterns of muscle vibrations and extend them to the radar domain. Specifically, we design a radar processing architecture that systematically infuses principles from Chaos theory and nonlinear dynamics throughout the sensing pipeline, spanning localization, segmentation, and learning, to estimate muscle forces during static and dynamic weight-bearing exercises. In a 23-participant study within a controlled environment, GigaFlex estimates maximum voluntary isometric contraction (MVIC) with 5.9% RMSE and detects 1–3 Repetitions in Reserve (RIR) with an AUC of 0.83–0.86, performing comparably to a contact-based IMU baseline. Our proof-of-concept system opens new opportunities for physiological sensing of complex, non-periodic biosignals.

医療・健康
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