TED日本語 - エイモス・ウィンター: 低コスト全地形型車いすの開発

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TED日本語 - エイモス・ウィンター: 低コスト全地形型車いすの開発

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低コスト全地形型車いすの開発
The cheap all-terrain wheelchair
エイモス・ウィンター
Amos Winter

内容

泥泥地や砂地をものともしない車いすを、どうしたら200ドル以下で作れるでしょうか?MITで工学を研究するエイモス・ウィンターは、安価で製造が簡単な全地形対応型車いす--実際に誰でもが手に入れることができ、どこへでも行ける車いす--の仕組みについて解説します。さらにその過程で得た貴重な教訓を語ってくれます。

Script

Living with a physical disability isn't easy anywhere in the world, but if you live in a country like the United States, there's certain appurtenances available to you that do make life easier. So if you're in a building, you can take an elevator. If you're crossing the street, you have sidewalk cutouts. And if you have to travel some distance farther than you can do under your own power, there's accessible vehicles, and if you can't afford one of those, there's accessible public transportation.

But in the developing world, things are quite different. There's 40 million people who need a wheelchair but don't have one, and the majority of these people live in rural areas, where the only connections to community, to employment, to education, are by traveling long distances on rough terrain often under their own power. And the devices usually available to these people are not made for that context, break down quickly, and are hard to repair.

I started looking at wheelchairs in developing countries in 2005, when I spent the summer assessing the state of technology in Tanzania, and I talked to wheelchair users, wheelchair manufacturers, disability groups, and what stood out to me is that there wasn't a device available that was designed for rural areas, that could go fast and efficiently on many types of terrain. So being a mechanical engineer, being at MIT and having lots of resources available to me, I thought I'd try to do something about it.

Now when you're talking about trying to travel long distances on rough terrain, I immediately thought of a mountain bike, and a mountain bike's good at doing this because it has a gear train, and you can shift to a low gear if you have to climb a hill or go through mud or sand and you get a lot of torque but a low speed. And if you want to go faster, say on pavement, you can shift to a high gear, and you get less torque, but higher speeds. So the logical evolution here is to just make a wheelchair with mountain bike components, which many people have done. But these are two products available in the U.S. that would be difficult to transfer into developing countries because they're much, much too expensive. And the context I'm talking about is where you need to have a product that is less than 200 dollars. And this ideal product would also be able to go about five kilometers a day so you could get to your job, get to school, and do it on many, many different types of terrain. But when you get home or want to go indoors at your work, it's got to be small enough and maneuverable enough to use inside. And furthermore, if you want it to last a long time out in rural areas, it has to be repairable using the local tools, materials and knowledge in those contexts. So the real crux of the problem here is, how do you make a system that's a simple device but gives you a large mechanical advantage? How do you make a mountain bike for your arms that doesn't have the mountain bike cost and complexity?

So as is the case with simple solutions, oftentimes the answer is right in front of your face, and for us it was levers. We use levers all the time, in tools, doorknobs, bicycle parts. And that moment of inspiration, that key invention moment, was when I was sitting in front of my design notebook and I started thinking about somebody grabbing a lever, and if they grab near the end of the lever, they can get an effectively long lever and produce a lot of torque as they push back and forth, and effectively get a low gear. And as they slide their hand down the lever, they can push with a smaller effective lever length, but push through a bigger angle every stroke, which makes a faster rotational speed, and gives you an effective high gear. So what's exciting about this system is that it's really, really mechanically simple, and you could make it using technology that's been around for hundreds of years. So seeing this in practice, this is the Leveraged Freedom Chair that, after a few years of development, we're now going into production with, and this is a full-time wheelchair user -- he's paralyzed -- in Guatemala, and you see he's able to traverse pretty rough terrain. Again, the key innovation of this technology is that when he wants to go fast, he just grabs the levers near the pivots and goes through a big angle every stroke, and as the going gets tougher, he just slides his hands up the levers, creates more torque, and kind of bench-presses his way out of trouble through the rough terrain.

Now the big, important point here is that the person is the complex machine in this system. It's the person that's sliding his hands up and down the levers, so the mechanism itself can be very simple and composed of bicycle parts you can get anywhere in the world. Because those bicycle parts are so ubiquitously available, they're super-cheap. They're made by the gazillions in China and India, and we can source them anywhere in the world, build the chair anywhere, and most importantly repair it, even out in a village with a local bicycle mechanic who has local tools, knowledge and parts available. Now, when you want to use the LFC indoors, all you have to do is pull the levers out of the drivetrain, stow them in the frame, and it converts into a normal wheelchair that you can use just like any other normal wheelchair, and we sized it like a normal wheelchair, so it's narrow enough to fit through a standard doorway, it's low enough to fit under a table, and it's small and maneuverable enough to fit in a bathroom and this is important so the user can get up close to a toilet, and be able to transfer off just like he could in a normal wheelchair.

Now, there's three important points that I want to stress that I think really hit home in this project. The first is that this product works well because we were effectively able to combine rigorous engineering science and analysis with user-centered design focused on the social and usage and economic factors important to wheelchair users in the developing countries. So I'm an academic at MIT, and I'm a mechanical engineer, so I can do things like look at the type of terrain you want to travel on, and figure out how much resistance it should impose, look at the parts we have available and mix and match them to figure out what sort of gear trains we can use, and then look at the power and force you can get out of your upper body to analyze how fast you should be able to go in this chair as you put your arms up and down the levers.

So as a wet-behind-the-ears student, excited, our team made a prototype, brought that prototype to Tanzania, Kenya and Vietnam in 2008, and found it was terrible because we didn't get enough input from users. So because we tested it with wheelchair users, with wheelchair manufacturers, we got that feedback from them, not just articulating their problems, but articulating their solutions, and worked together to go back to the drawing board and make a new design, which we brought back to East Africa in '09 that worked a lot better than a normal wheelchair on rough terrain, but it still didn't work well indoors because it was too big, it was heavy, it was hard to move around, so again with that user feedback, we went back to the drawing board, came up with a better design,20 pounds lighter, as narrow as a regular wheelchair, tested that in a field trial in Guatemala, and that advanced the product to the point where we have now that it's going into production.

Now also being engineering scientists, we were able to quantify the performance benefits of the Leveraged Freedom Chair, so here are some shots of our trial in Guatemala where we tested the LFC on village terrain, and tested people's biomechanical outputs, their oxygen consumption, how fast they go, how much power they're putting out, both in their regular wheelchairs and using the LFC, and we found that the LFC is about 80 percent faster going on these terrains than a normal wheelchair. It's also about 40 percent more efficient than a regular wheelchair, and because of the mechanical advantage you get from the levers, you can produce 50 percent higher torque and really muscle your way through the really, really rough terrain.

Now the second lesson that we learned in this is that the constraints on this design really push the innovation, because we had to hit such a low price point, because we had to make a device that could travel on many, many types of terrain but still be usable indoors, and be simple enough to repair, we ended up with a fundamentally new product, a new product that is an innovation in a space that really hasn't changed in a hundred years. And these are all merits that are not just good in the developing world. Why not in countries like the U.S. too? So we teamed up with Continuum, a local product design firm here in Boston to make the high-end version, the developed world version, that we'll probably sell primarily in the U.S. and Europe, but to higher-income buyers.

And the final point I want to make is that I think this project worked well because we engaged all the stakeholders that buy into this project and are important to consider in bringing the technology from inception of an idea through innovation, validation, commercialization and dissemination, and that cycle has to start and end with end users. These are the people that define the requirements of the technology, and these are the people that have to give the thumbs-up at the end, and say, "Yeah, it actually works. It meets our needs." So people like me in the academic space, we can do things like innovate and analyze and test, create data and make bench-level prototypes, but how do you get that bench-level prototype to commercialization? So we need gap-fillers like Continuum that can work on commercializing, and we started a whole NGO to bring our chair to market -- Global Research Innovation Technology -- and then we also teamed up with a big manufacturer in India, Pinnacle Industries, that's tooled up now to make 500 chairs a month and will make the first batch of 200 next month, which will be delivered in India. And then finally, to get this out to the people in scale, we teamed up with the largest disability organization in the world, Jaipur Foot.

Now what's powerful about this model is when you bring together all these stakeholders that represent each link in the chain from inception of an idea all the way to implementation in the field, that's where the magic happens. That's where you can take a guy like me, an academic, but analyze and test and create a new technology and quantitatively determine how much better the performance is. You can connect with stakeholders like the manufacturers and talk with them face-to-face and leverage their local knowledge of manufacturing practices and their clients and combine that knowledge with our engineering knowledge to create something greater than either of us could have done alone. And then you can also engage the end user in the design process, and not just ask him what he needs, but ask him how he thinks it can be achieved.

And this picture was taken in India in our last field trial, where we had a 90-percent adoption rate where people switched to using our Leveraged Freedom Chair over their normal wheelchair, and this picture specifically is of Ashok, and Ashok had a spinal injury when he fell out of a tree, and he had been working at a tailor, but once he was injured he wasn't able to transport himself from his house over a kilometer to his shop in his normal wheelchair. The road was too rough. But the day after he got an LFC, he hopped in it, rode that kilometer, opened up his shop and soon after landed a contract to make school uniforms and started making money, started providing for his family again. Ashok: You also encouraged me to work. I rested for a day at home. The next day I went to my shop. Now everything is back to normal. Amos Winter: And thank you very much for having me today.

(Applause)

身体に障がいを抱えて生きるのは 世界のどこであれ 大変です 米国のような国では 生活を楽にしてくれる 設備や用具が使えます ビル内ではエレベータを使えます 横断歩道では歩道の縁石が低くなっています 自力で行けない場所には 障がい者用に改造した車を利用できますし 特殊な車が買えなければ 公共交通機関を利用できます

しかし途上国では事情が全く異なります 4千万人が車いすを必要としています その大多数は地方に住んでいるのです 職場や学校やコミュニティへは 未舗装のデコボコ道を長距離 自力で移動しなければなりません 人々の手に入る用具は 土地に合わず すぐに壊れ 修理できないものなのです

途上国の車いすに注目したのは2005年の夏 タンザニアの工業技術の実態を調査したときです 車いすの利用者 製造元 障がい者たちと 話し合うなかで気づいたのは 地方の多様な土地の形状に対応して 効率的に速度が出るように設計された 車いすが ないということでした MITで研究する機械工学者として 私には使えるリソースがたくさんあるので 何かやってみようと思いました

デコボコの不整地を長距離 移動するといえば すぐにマウンテンバイクを思いつきます マウンテンバイクは悪路に適しています 変速ギアを備えており 上り坂や泥や砂の多い道では ローギアに落とすと スピードは出ませんが 強いトルクを得ます 舗装道路などでスピードを出したければ ハイギアに入れると トルクは小さいですが スピードが出ます 論理的には マウンテンバイクの部品で 車いすを作ればいいわけです すでに多くの人々が試みました これらは米国で購入できる2つの製品ですが 途上国では使えません まず価格が高すぎます 私が対象としている国では 200ドル以下でなくてはなりません 職場や学校に行くためには 1日5キロを移動することになります しかも様々な地形に対応する必要があります 自宅や 屋内の職場では 小さくて屋内で小回りがきく必要があります 僻地で長期間の使用に耐えるものにするには 地元で入手できる工具 材料 知識で 修理できなければなりません この問題の要点は 簡素でありながら 大きな機械効率を得る 仕組みを いかにして作るかです マウンテンバイクの価格と複雑さのない 腕漕ぎマウンテンバイクを作れるかです

簡単な答えはいつもそうなのですが 答えは眼の前にありました レバーを使うことです 工具 ドアノブ 自転車部品など様々な所に使われます 発明のひらめきを得たのは 机でデザイン帳に向かっていたときでした 車いすに座った人がレバーを握ります 先端を握れば レバーは長くなり 前後に動かせば大きなトルクが生じ ローギアとしての効果が得られます 手を下の方にずらして レバーの長さを短くして握り 一漕ぎの角度を大きくすれば 回転速度が増し ハイギアの効果が得られます この仕組みの優れた点は 機械的には本当に簡素であることです 数百年前から存在している技術で 作ることができます 実際に動くところをお目にかけましょう レバー式フリーダムチェアー(LFC)です 数年間の開発期間を経て 量産段階に入っています この方は車いすの利用者で グアテマラ在住の下半身不随の方ですが 相当な悪路でも進めます この車いすの革新性は 速度を増したければ レバーの下部を握り大きな角度で漕ぎますが 進みにくい時には レバーの上部を握って ベンチプレスのように動かせば さらに トルクを得て 悪路から脱出することができます

ここで非常に重要なことは ここでは 人間こそが複雑な機械であることです レバーの握り位置を変えるのは人間なのです それで構造自体が簡素になり どこででも手に入る自転車部品で作れるのです これらの自転車部品は あらゆる国で入手できて 非常に安価です 中国やインドで大量生産しており 世界中で部品を調達して車いすを作れます 大切なのは 片田舎の村の修理工でも 手に入る工具と部品と知識で 修理できることです LFCを屋内で使いたいときには レバーを外し 車体のフレームにおさめれば 通常の車いすとして使えます 通常の車いすと何ら変わりなく使えるように 寸法もそのように作りました 規格サイズのドアを通過できる幅に作っています テーブルの下に入る高さにしています トイレの中でも 小さく動きやすくしています 大切なのは 通常の車いすのように 利用者が便器のそばに十分に近づいて 自力で体を移せることです

ここで3つの重要な点を 協調しておきます この3つが プロジェクトの核心部分と言えます 1つ目はこの製品が使いやすいのは 徹底した技術的洗練と利用者目線での設計を うまく組み合わせたところにあります そして途上国の車いす利用者にとって重要な 社会的 経済的 実用的要因に焦点を当てたことです 私はMITの研究者で機械エンジニアです 私は車いすを利用する土地の形状を調べ そこから発生する抵抗の大きさを推測し 入手できる部品を調べ 組み合わせ 使用するギア比を推測し 上半身からくり出すことのできる力を調べ 車いすでレバーを押し引きしたときに どのくらいの速度で進むことができるか分析します

駆け出しの研究者だったので 有頂天になり チームで試作機を作りました 2008年にタンザニア ケニア ベトナムに持ち込んだところ 全く役に立たないことがわかりました 利用者からの声を十分聞き入れていなかったからです そこで車いす利用者と製造元に 試乗してもらい 意見を取り入れ 問題だけでなく解決への提案も聞き取り 一緒に設計図に戻り 設計し直し 2009年に東アフリカにもう一度持ち込みました 悪路では従来より飛躍的に性能が向上しました 屋内ではだめでした 大きすぎて 重くて 小回りがきかなかったのです 利用者の声をもとに再度設計図に戻り 新型では 10キロそぎ落としました 従来型同様に細身になった新型をグアテマラで試しました 改良の結果 この製品は 市場に出せる品質に達したのです

また 工業科学者として LFCの性能を計測できる立場にあったので グアテマラに持ち込み 村の土地で実車テストを行いました 利用者の生体力学的排出量や 酸素消費量や 車速や 操作に必要な筋力などについて 従来型の車いすとLFCを比較しました その結果 その土地ではLFCが 従来型の車いすよりも80%速く進めること 40%効率がよいことがわかりました レバーの機械的特性のおかげで 50%増のトルクを得ることができるので 大変な悪路でも腕力でこぎ進むことができます

このプロジェクトから学んだ 2つ目の重要な点は 設計上の制約が革新を生み出したことです 非常な低価格を目指す必要があり 実に様々な形状の土地に対応しつつ 屋内でも使えるものでなければならず かつ簡単に修理できる必要があったので 全く新しい製品を開発することになりました 100年間もほとんど変わらなかったものを 革新的な製品にする必要があったのです 得られた成果は途上国ばかりでなく 米国のような先進国にも有効です 私たちはボストンのデザイン事務所 コンティヌウムと共同して 先進国向け高級バージョンを作成しました これは米国やヨーロッパの 高所得者層向けになるでしょう

最後に このプロジェクトが成功したのは これに関わる重要な関係者すべてに 計画段階から テクノロジーを重視させつつ 革新性 実現可能性 市場性 普及性などと すりあわせを行ったことです それは利用者に始まって終わるサイクルでした 利用者たちがテクノロジーに要求する内容を定め 利用者たちに 「これはいい こんなのが欲しかったんだ」と 最終的に言ってもらう必要がありました 私のような研究サイドの人間は 開発し分析しテストし データをとり試作品を作ります では それを商品にするにはどうすれば? コンティヌウムなど商品化する会社の協力が必要です 車いすを市場に出すために 新たにGRITというNGOを立ち上げました インドの製造大手ピナクルとも提携しました 現在月産500台の生産が可能です 最初の200台が来月生産され まずインドで販売されます さらに多くの人々に届けるために 世界最大の障がい者支援団体 ジャイプール・フットとも提携しました

このビジネスモデルが強靱なのは サイクルのかなめになる関係者を 構想段階からはじめて 現地での導入まで 1つ1つ繋いでいったことです そこに魔法が起こりました 私は研究者として 分析し テストし 新たなテクノロジーを作り出し 性能がどれだけ向上したかを量的に検証します 製造会社を巻き込むと じかに話ができ 現地が持つ 生産方法と顧客の要求の知識を 我々の技術面の知識と結びつけて 単独では得られない相乗効果を生み出します さらに利用者が設計段階から加わることで 利用者のニーズを把握するだけでなく ニーズを満たす方法を考えてもらうこともできます

これはインドで最後の実地試験時に撮った写真です 90%の人々が従来の車いすから LFCに乗り換えています これはアショークの写真です アショークは木から落ちて脊髄を損傷しました 以前は仕立屋でしたが 負傷して以来 1キロ離れた店までを通常の車いすで 移動することができませんでした 道がデコボコだったからです 彼はLFCを手に入れた翌日 車いすに飛び乗り 1キロの道を走り 店を開けました まもなく学校の制服を作る契約を結び 稼ぎで再び家族を養えるようになりました 「私に働くようにと励ましてくれたね 家で一日休んで 次の日自分で店まで来られたよ すべて普通どおりだ」 今日はお招きいただきありがとうございました

(拍手)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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