2019 Fiscal Year Annual Research Report
弾性連続体の動的ふるまいの解明とバイオメカニクス融合
| Project Area | Science of Soft Robot: interdisciplinary integration of mechatronics, material science, and bio-computing |
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| Project/Area Number |
18H05466
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
新山 龍馬 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 講師 (00734592)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
望山 洋 筑波大学, システム情報系, 教授 (40303333)
郡司 芽久 独立行政法人国立科学博物館, 動物研究部, 日本学術振興会特別研究員 (80833839)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ソフトロボティクス / 生物規範型ロボット / 動物解剖学 / 筋骨格系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、動物の脊柱に見られるしなやかな弾性連続体の役割に注目し、ロボティクスの観点から人工的な脊柱の設計と制御の枠組みを構築することを目指す。生物の身体とその運動原理に迫る学際的なアプローチをとる。ロボットの身体に超多自由度の構造を新たに導入することは、俊敏さと巧みさを備えたしなやかなロボットの実現につながる。
2019年度は、動物の頚部を弾性ロッドとしてモデル化して粘弾性を推定する実験を改良するとともに、キリンおよびダチョウの首の解剖学的構造に基づいた機構の、ロボットによる予備検証を行なった。ダチョウの首の特性計測では、様々な姿勢を取らせたときに端部に加わる力を測定した。頭側と胴体側の端部をそれぞれ異なるロボットアームによって保持することによって、様々な姿勢で計測を行うことが可能となった。また、比較解剖学の観点から、キリンやダチョウの頚部を単純化した機械モデルを製作し、筋・腱の代わりにワイヤや空気圧人工筋肉を用いて駆動実験を行なった。キリンの首については、重力補償に役立っていると考えられる発達した靭帯をエラストマーで模擬し、細径空気圧人工筋の束で拮抗駆動によって姿勢を保持し、屈曲動作を実行した。ダチョウの首については、ワイヤ駆動による姿勢変化を調べるためのプラットフォームとして、実際のサイズよりも縮小した多関節マニピュレータを製作した。機構の観点からは、1自由度のフレキシブルアームを用いて、俊敏なスイングにおけるたわみの影響を実験によって明らかにし、報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
大きな姿勢変化が可能な頚部に注目することで、索状弾性体の計測や機構の製作が進展した。生体の物理パラメータの推定では、ロボットアームの活用などによって生体試料の試験方法が改良された。これまでに、動物解剖学の観点からの生体の観察、ロボットマニピュレータの試作、シミュレーションに向けたモデルの検討が進み、しなやかなロボットの実現に向けた技術基盤が整備されつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
シミュレーションによる仮説検証を通じて、バイオニック弾性連続体の実装として、超冗長多関節マニピュレータの開発を推進する。鳥類に見られる高速ピッキング動作においては、環境との接触を受動的に緩和する機構が重要になると思われ、これに注目して頚部の粘弾性の活用について研究を進める。また、ロボット製作のための物品調達や設備利用が困難な時期においては、計算機シミュレーションによる設計検討を推進する。
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