2016 Fiscal Year Annual Research Report
ロボット義足による歩行運動への介入から解き明かす昆虫の脚間協調メカニズム
| Project/Area Number |
16H04381
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
大脇 大 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (40551908)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青沼 仁志 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (20333643)
杉本 靖博 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70402972)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 運動学・筋活動計測システム / コオロギ / ナナフシ / CTデータによる筋骨格構造解析 / ロボット義足設計 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，昆虫と同等の外骨格構造を有するロボット義足による歩行運動への介入を通して，昆虫が示す適応的移動能力の基盤となる脚間協調機序を解明することを目的とする．具体的には，(1) 対象昆虫の筋骨格構造をX線マイクロCTで徹底的に調べ，ロボット義足を3次元プリンタで製作する．(2) 申請者らが提案した脚間協調制御則を拡張し実装したロボット義足による介入実験を行い，運動学，床反力，筋活動を同時計測することで制御モデルを改善する．(3) 介入→モデル改善を繰り返すことで昆虫の適応的移動能力を再現しうる制御則へと精緻化し，昆虫型外骨格ロボットにより実世界での適応能力の再現実験を行う．
平成２８年度には，(1) 昆虫のロコモーション時の運動学・床反力・筋活動同時計測システムを構築する，(2) X線マイクロCTにより対象昆虫の詳細な外骨格構造，筋構造，筋配置，神経構造を解明する，(3) CTデータに基づく外骨格ロボット義足を製作する，という3項目を柱として研究を進める．
(1)について，手持ちのモーションキャプチャシステムを用いた運動学計測システムを整備すると同時に，筋活動計測用アンプを購入，自作することで，昆虫のロコモーション時の筋活動を多チャンネルで，同時に計測する環境を整備した．ナナフシおよびコオロギを用いて，予備的なデータ取得を行った．(2)について，まずコオロギを対象昆虫とし，その外骨格構造および筋配置構造のCTスキャンデータを得た．同データは研究グループ内で共有し，構造解析と(3)での外骨格ロボット設計に用いている．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度は動作解析システム整備を中心に研究を進めており，おおむね順調に進んでいる．本年度は同システムを用いたデータ取得を行う予定である．また，マイクロX線CTを用いた昆虫の筋骨格構造解析も進めており，ロボット義足設計・開発の準備も整っている．
対象昆虫については，動作解析，実験が容易であるナナフシ，入手・飼育・CTデータ取得が容易なコオロギを中心に実験を進めていく予定である．
|
| Strategy for Future Research Activity |
①脚切断実験
初年度に構築した運動学・床反力・筋活動同時計測システムの動作検証も兼ねた脚切断実験の計測・解析を行う．コオロギの脚切断パターンに応じた歩容の変化を対象昆虫のみならず，さまざまな昆虫種を同システムにより計測し，データの普遍性を確認する．特に，歩容の接地タイミングおよび接地位置の変化を運動学・床反力を計測することで定量的に評価する．さらに，筋活動を同時計測することで，身体構造に応じて変容する筋発火パターンを同定し，適応的歩容生成の鍵となる脚間協調制御則を拡張する．具体的には，接地位置や各筋の筋活動変化のデータから，接地タイミング制御のみならず，歩幅やアクチュエータの出力（関節剛性，トルクなど）をパラメータとして変更可能な制御則へと拡張する．
②ロボット義足の設計・改良，介入の予備実験
脚切断実験における計測およびマイクロCTデータを用いることで，ロボット義足の再設計および改良を行う．運動学・床反力・筋電位データを参考に，歩幅やアクチュエータの出力をパラメータとして変更可能な仕様へと拡張する．
|
