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Robotic Mastication Simulation Based on Measured Motion Characteristics of Teeth and Tongue

Research Project

Project/Area Number 20H02116
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Higashimori Mitsuru  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30346522)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 堀 一浩  新潟大学, 医歯学系, 教授 (70379080)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Keywords咀嚼ロボット / 柔軟物マニピュレーション / ソフトロボティクス / 食塊形成 / テクスチャーセンシング
Outline of Research at the Start

本研究は,ヒトの食塊形成およびテクスチャー(食感)評価といった咀嚼機能の工学的理解と再現に向け,咀嚼ロボットシミュレーション手法を確立する.咀嚼過程におけるヒトの歯および舌の運動特性を実測,解析し,ロボットの機構・動作設計のための歯・舌運動モデルを作成する.歯舌両有型ロボットシミュレータを設計開発し,人工咀嚼,すなわち歯・舌-食品といった柔剛複合系の相互作用を介した食塊形成マニピュレーションを実現する.深層学習を用いて食塊形成過程の時空間力覚情報に基づくテクスチャー推定モデルを構築する.

Outline of Final Research Achievements

Humans combine complex motions of the teeth and tongue during mastication to crush food, mix it with saliva, and form a swallowable food bolus. The fields of food science and industry desire to reproduce such a food bolus formation by robots to evaluate food quantitatively. This study proposed a novel robotic mastication simulator dedicated to the faithful reproduction of food bolus formation. First, three primitives involved in food bolus formation were defined: crushing, mixing, and gathering. Subsequently, the structure and motions of the robot were designed to execute these primitives, and the robotic mastication simulator was developed. Sequentially performing the primitives, the robot attempted to reproduce the human food bolus formation. Finally, human and the proposed robot masticated test foods, and the resulting food bolus images were analyzed using a convolutional neural network. It was shown that the proposed robot has a potential to reproduce human food bolus formation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、ヒトの咀嚼の工学的理解と再現に向けて、食塊形成マニピュレーション技能を具現化するためのロボットモデル(機構・制御系、計測系、情報処理系)構築といった学術的意義を有する。また、本研究で提案した咀嚼ロボットは、超高齢社会において、ヒトの摂食メカニズムの解明、咀嚼困難者の病態評価、および、介護用食品の開発支援に貢献できる可能性を有している。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (31 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (25 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Enclosure area expansion and reduction mechanism for artificial mastication device2024

    • Author(s)
      HASHIMOTO Daiki、SHIBATA Akihide、HASHIMOTO Kazuki、HORIGANE Tomoki、NAGAHATA Yuuya、HIGASHIMORI Mitsuru
    • Journal Title

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      Volume: 90 Issue: 931 Pages: 23-00248-23-00248

    • DOI

      10.1299/transjsme.23-00248

    • ISSN
      2187-9761
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      Mizuno Kaito、Higashimori Mitsuru
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      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 9 Issue: 4 Pages: 3491-3497

    • DOI

      10.1109/lra.2024.3368237

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      Ichikura Hinano、Higashimori Mitsuru
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 7 Issue: 4 Pages: 12227-12234

    • DOI

      10.1109/lra.2022.3215066

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    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 7 Issue: 4 Pages: 9310-9317

    • DOI

      10.1109/lra.2022.3191228

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      WATANABE Yuyu、HIGASHIMORI Mitsuru
    • Journal Title

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      Volume: 87 Issue: 898 Pages: 20-00388-20-00388

    • DOI

      10.1299/transjsme.20-00388

    • NAID

      130008057153

    • ISSN
      2187-9761
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      Kurita Taisuke、Higashimori Mitsuru
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      Journal of the Robotics Society of Japan

      Volume: 39 Issue: 6 Pages: 533-544

    • DOI

      10.7210/jrsj.39.533

    • NAID

      130008069785

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    • Invited

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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