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Explosive Morphological Evolution of Soft-bodied Robots Inspired by Plants, Protists, and Inorganic Matters

Research Project

Project/Area Number 23K20924
Project/Area Number (Other) 21H01289 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

梅舘 拓也  信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (60582541)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岩本 憲泰  信州大学, 学術研究院繊維学系, 助教 (30778816)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Keywordsソフトロボティテクス / 柔軟曲面 / デジタルファブリケーション / ソフトロボティクス / 柔軟梁 / 柔軟シート構造 / 柔軟グリッパー / ソフト・ロボティクス / 形態形成
Outline of Research at the Start

本研究の目的は,植物・原初的な生物・無機物の形態形成から学ぶソフト・ロボットの体系的な形状設計の構築である.本研究ではコンプライアントメカニズム,メタマテリアルの技術を前提として,ソフト・ロボットの形状設計という目的達成のため,これら技術や構造を含めた柔軟素材とセンサ・アクチュエーション要素の最適配置やインテグレーションを行うことで,所望の機能を実現する形状設計の構築を行う.

Outline of Annual Research Achievements

本研究は,植物,原生生物,無機物(シャボン膜や結晶成長)の形成形態をお手本としたソフトロボットの機構設計を提案する.3年目(2023年度)は,2年目のシート構造設計の成果発表を行うとともに,分岐構造の設計を行うことで,プロジェクト全体の目標である「ソフトロボットの機構設計の体系的な設計基盤の確立」を目指した.双安定構造が実現できる複数プレートによるテンセグリティ構造を実現し,双安定形体間の遷移を使い,繰り返しジャンプ可能なロボット「Bistable Tensegrity Robot with Jumping Repeatability Based on Rigid Plate-Shaped Compressors」を,ロボット系ではトップカンファレンスのIROS2023で発表し,IROS Best Entertainment and Amusement Paper Award sponsored by JTCF Finalistを受賞した.加えて,折り紙シート構造で双安定構造を実現し,それらを数珠繋ぎにすることによって,単一モータで蠕動運動を生成するロボットを開発( A Crawling Robot That Utilizes Propagation of Deformation Waves of a Bistable Lattice Actuated by a Single Motor, Paper Tu_Or1P),世界中のソフトロボット研究者が集うRoboSoft2023で口頭発表研究として採択,発表を行った.これら業績は,国際学会AMAM2023,国際学会IUTAM Symposium on Mechanics of Soft Materials and Soft Robotsで講演(招待)され,生物模倣型・ソフトロボット研究者に広く認知されつつある.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は,植物,原生生物,無機物(シャボン膜や結晶成長)の形成形態をお手本とし,ソフトロボットの機構設計を提案する.3年目である2023年度は,2年目で行ったシート構造設計の成果発表を行うとともに,シート構造の設計をもとに分岐構造の設計を行うことで,プロジェクト全体の目標である,ソフトロボットの機構設計の体系的な設計基盤の確立を目指した.双安定構造が実現できる複数プレートによるテンセグリティ構造を実現し,双安定形体間の遷移を使い,繰り返しジャンプ可能なロボット「Bistable Tensegrity Robot with Jumping Repeatability Based on Rigid Plate-Shaped Compressors」を,ロボット系ではトップカンファレンスの2023 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)で発表し,IROS Best Entertainment and Amusement Paper Award sponsored by JTCF Finalistを受賞した.加えて,折り紙シート構造を使い双安定構造を実現し,それらを数珠繋ぎにすることによって,単一モータで蠕動運動を生成するロボットを開発( A Crawling Robot That Utilizes Propagation of Deformation Waves of a Bistable Lattice Actuated by a Single Motor, Paper Tu_Or1P),世界中のソフトロボット研究者が集う6th IEEE-RAS International Conference on Soft Robotics (RoboSoft2023)で口頭発表研究として採択,発表を行った.

Strategy for Future Research Activity

最終年度である2024年度は,今まで行ってきた柔軟針の設計,柔軟シートの設計とそれらを組み合わせた枝分かれ構造や曲面構造などの設計の改良を行いつつ,今まで提案してきたロボットの共通項や共通原理を探り,日常生活,自然環境で生物のように靭やかに,しぶとく動き回れる人工物の体系的な形体設計論の抽出を目指す.加えて,これらの柔軟構造物の応用先やアプリケーション先も模索する.

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (39 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (29 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Origami-based Invaginatable Soft Vacuum Actuators with Optimized Creases that Avoid Bending Stress Concentration2023

    • Author(s)
      Kayama Keisuke、Iwamoto Noriyasu、Umedachi Takuya
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: 35 Issue: 9 Pages: 3109

    • DOI

      10.18494/SAM4365

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • Year and Date
      2023-09-14
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  • [Journal Article] A single motor-driven continuum robot that can be designed to deform into a complex shape with curvature distribution2023

    • Author(s)
      Yoshikawa Daiki、Shimizu Masahiro、Umedachi Takuya
    • Journal Title

      ROBOMECH Journal

      Volume: 10 Issue: 1

    • DOI

      10.1186/s40648-023-00257-9

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  • [Journal Article] Bistable Tensegrity Robot with Jumping Repeatability Based on Rigid Plate-Shaped Compressors2023

    • Author(s)
      Shimura Kento、Iwamoto Noriyasu、Umedachi Takuya
    • Journal Title

      2023 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)

      Volume: NA

    • DOI

      10.1109/iros55552.2023.10342069

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    • Author(s)
      Nonoyama Kisuke、Shimizu Masahiro、Umedachi Takuya
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 7 Issue: 4 Pages: 11291-11297

    • DOI

      10.1109/lra.2022.3194947

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  • [Journal Article] Planar Conformal Deformation of Robotic S-Isothermic Surface2022

    • Author(s)
      Noriyasu Iwamoto, Daiki Kusakabe, Takuya Umedachi
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 7(4) Issue: 4 Pages: 11531-11536

    • DOI

      10.1109/lra.2022.3203238

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    • Author(s)
      Satoshi Iyobe, Masahiro Shimizu, Takuya Umedachi
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 7(2) Issue: 2 Pages: 992-999

    • DOI

      10.1109/lra.2021.3136305

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    • Author(s)
      Atusushi Kaneko, Masahiro Shimizu, and Takuya Umedachi
    • Journal Title

      Lecture Notes in Computer Science, vol 13548. Springer

      Volume: 13548 Pages: 91-102

    • DOI

      10.1007/978-3-031-20470-8_9

    • ISBN
      9783031204692, 9783031204708
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Measuring Motion of Deformed Surfaces for Soft-bodied Robots/Animals with Multi-colored Markers2022

    • Author(s)
      Kohei Hanaoka, Masahiro Shimizu, Shunsuke Shigaki, Takuya Umedachi
    • Journal Title

      2022 IEEE 5th International Conference on Soft Robotics (RoboSoft)

      Volume: - Pages: 873-880

    • DOI

      10.1109/robosoft54090.2022.9762129

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      Takuya Umedachi
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      Atusushi Kaneko, Masahiro Shimizu, and Takuya Umedachi
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      宮嶋優,梅舘拓也,岩本憲泰
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      吉川大喜,清水正宏,梅舘拓也
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      萱間啓輔,岩本憲泰,梅舘拓也
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      日下部 大輝, 梅舘 拓也,岩本 憲泰
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    • Author(s)
      大橋 直和,岩本 憲泰,梅舘 拓也
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      渡辺彗光, 梅舘拓也, 秋山佳丈, 岩本憲泰
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      日下部大輝, 梅舘拓也, 岩本憲泰
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 把持装置、把持機構、把持方法、およびロボット装置2022

    • Inventor(s)
      梅舘 拓也;小野寺 智哉
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人信州大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-039424
    • Filing Date
      2022
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      2021 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 形状算出システム、形状算出装置、形状算出プログラム、形状算出方法、およびマーカー構造2021

    • Inventor(s)
      梅舘 拓也, 花岡 航平
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人信州大学; 中央電子株式会社
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-166974
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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