非接触の計測技術として最もメジャーなものは、やはりカメラです。しかし、カメラが取得したデータには対象者の姿が残るため、プライバシー保護の観点から設置場所が限られてしまいます。また、衣服や布団を透過できないという課題もあります。

レーダを用いた呼吸・心拍の計測は、世界各国でも研究が進められており、2〜3人の同時計測に成功したという報告があります。また、5〜6人の計測に成功した例もありますが、被験者全員をレーダから異なる距離で配置したり、直線上に一列に並ばせたり、特殊な条件で実施されたものでした。

私たちは一般研究助成に採択される前の2021年に、１台のレーダと「呼吸空間クラスタリング」という開発手法によって、７人の被験者に対する非接触での同時呼吸計測に成功しました。ただし、これは被験者が密集していない状態──レーダのアンテナから見て、被験者が他の人体の背後に隠れていないことが条件でした。

本研究ではこの実績を発展させ、複数レーダによって室内で密集した多人数の呼吸・心拍を、同時かつ非接触で計測する技術の開発を目指しました。

複数レーダによって「遮蔽」問題を解決する技術

人体を複数方向から計測し、各部位の変位波形の関係を数理モデル化して、複数レーダのデータ統合を最適化する。遮蔽の問題に対しても、この手法を応用しています。

まず、小学校の教室にレーダを2台設置し、着席して授業を受けている児童たちを2週間計測する実験を行いました。レーダを複数設置することで、たとえば「授業中にある児童が挙手をして、その奥にいる児童が隠れてしまっても、もう一つのレーダで奥の児童を継続して測定可能」など、対象者の遮蔽の影響を低減できるようになります。

ただし、異なる位置に設置した2台のレーダで複数の対象者を同時測定し、それぞれの状態を把握することは、容易ではありません。各レーダが受信した複数の反射波と生体データを統合し、「対象者A」「対象者B」「対象者C」……と対応付けるためのラベリング処理が必要です。しかしこの処理は、レーダの台数や対象者の人数が増えるごとに、計算量が指数関数的に増加してしまいます。

小学校の教室での計測が成功すれば、会社のオフィスや幼稚園・保育園などの空間にも応用できる