2018 Fiscal Year Annual Research Report
やわらかいダイナミクスとフレキシブルセンサー技術の融合による情報処理限界の突破
| Project Area | Science of Soft Robot: interdisciplinary integration of mechatronics, material science, and bio-computing |
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| Project/Area Number |
18H05472
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中嶋 浩平 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任准教授 (10740251)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹井 邦晴 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20630833)
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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 / ソフトロボット / リザバーコンピューティング / リカレントニューラルネットワーク / フレキシブルセンサー / 非線形力学系 / 情報理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は本研究題目の主題であるリザバーコンピューティングのフレームワークの拡張とやわらかいデバイスのための物理リザバーコンピューティングを実装するプラットフォームの開発や実装実験を行った。
まず前者から説明する。リザバーコンピューティングは本来、低次元の入力系列を高次元のダイナミクスにマップすることで線形分離能を誘導し、学習課題に活用するというフレームワークである。しかし、このフレームワークを物理実装する際、物理系のダイナミクスは高次元であったとしても、通常そのダイナミクスをモニターするセンサーはそれほど多く埋め込むことはできない。そのためリザバーの次元が観測によって下がってしまうという問題が生じる。本年度はこの問題に対して空間多重化法という方法を導入し、計算能力を向上させることを試みた。この方法は量子リザバーコンピューティングを用いて提案したが、ここで取り扱う問題は物理系にかかわらず普遍的であるため、やわらかいデバイスにおいても活用できると考えられる。
二つ目のやわらかいデバイスを用いた物理リザバーコンピューティングの開発と実装に関して説明する。磁石を活用したフレキシブルセンサーを開発している早稲田大学のアレックス・シュミット氏のグループと共にソフトキーボードというプラットフォームを開発し、それを用いることで物理リザバーコンピューティングの実装・実験を行った。ここではやわらかいシリコンを指で変形させる際のダイナミクスをリザバーとして活用し、筆記体を描くことに成功した。また、今期は研究分担者である竹井邦晴氏と共同で新たな物理リザバーコンピューティング用のプラットフォーム開発に着手した。さらにポスドク研究員としてヨンピン・パン氏が参加し、リザバーコンピューティングを基礎から学習し、研究を開始する段階にある。
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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
本年度の計画としては、フレキシブルセンサーを導入した新しい物理リザバーコンピューティング用のプラットフォーム開発が大きな目標となっていた。この目標の達成のため、研究分担者の竹井邦晴氏と複数回に渡ってミーティングを行い、プラットフォームの設計図や入出力関係などを詳細に決定した。そこではシリコンの中に流体金属を入れたフレキシブルセンサーが導入され、一つのシリコン角材に６つのリードアウトが取り付けられている。それらが複数の長さのバリエーションを元に最大10個並列で回転軸に取り付けられ、その回転軸の回転が入力となる。そして、それら多数の角材は水中に浸されており、入力に基づいた軸の回転により、受動的なダイナミクスを生成する。ここから得られる時系列が計算資源として活用される。現在、入力系列を送り込みセンサーの応答を確認するところまで、進んでいる。次は入力系列をこちらのプログラムで自由に設計できるようにシステムを改良する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はまず引き続き、物理リザバーコンピューティングのためのプラットフォームの開発に従事し、その実装実験を開始する予定である。また、本学術領域における他のグループとの共同研究も推進する予定である。例えば、現在、A03班内の共同研究としては伊藤グループとイカディスプレイの開発を行う予定である。イカの表皮には色素砲があり、電気刺激することでその色素砲が開閉する。その開閉の時空間パターンを現在、解析している段階にある。また、前田グループの澤田氏と共にやわらかい触覚センサーを用いたリザバーコンピューティングを行うための準備を始めている。その他、A01班の田中グループとは飛翔ロボットの羽のダイナミクスをリザバーとして活用し、適応制御を実装する予定である。
リザバーコンピューティングの概念は古典制御理論のフレームワークと接続が可能であると考えられる。現在、ポスドク研究員のヨンピン・パン氏と共にソフトロボットの制御に足りないものは何か、そしてこれまでの制御理論をどのように作り変えることでその足りない部分が補えるのかをリザバーコンピューティングの概念を突破口に考察を開始している段階にある。
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