2021 Fiscal Year Research-status Report
多指ハンド双腕光マニピュレータを用いた3次元マイクロ操作と計測
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19K04319
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| Research Institution | Kagawa University |
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Principal Investigator |
田中 芳夫 香川大学, 創造工学部, 客員研究員 (30357454)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤本 憲市 香川大学, 創造工学部, 准教授 (20300626)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光ピンセット / 知能機械 / マイクロ・ナノデバイス / マイクロマニピュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，1台の光源からのレーザ光を2本の偏光ビームに分割し，この2本の腕に対応する各々のビームに対し，マイクロ操作時のエンドエフェクタとなるレーザ光焦点位置や高輝度光パターンを精密に実時間制御できる多点光ピンセット光学系を構成することで，双腕多指ハンドとして機能する光マニピュレータを開発する。この制御観測系に，光学顕微鏡下の観測画像の実時間画像処理と画像再構成技術を統合することで，微小物の視覚認識に基づいた能動的な捕捉・把持と双腕系の協調動作を用いた非接触3次元マイクロ操作と計測技術の高度化・自動化について検討する。これにより，光ピンセットマイクロ操作技術の学術的確立と共に，3次元細胞生物学や顕微熟練作業の自動化に貢献できる基盤技術を開発することを目的とする。本年度に得られた主な成果は以下のとおりである。
視触覚双腕光マニピュレータの開発：代表者がこれまでに提案・開発しているミラー走査型双腕3次元光ピンセットシステムにおける観測系と制御系の間の非線形な歪みを較正・改善する方法を提案し，昨年度開発した双腕光マニピュレータに適用することで高精度な双腕光ピンセット制御系を実現した。これにより，実時間画像処理技術を利用して，双腕マイクロ作業時に被操作対象と球状エンドエフェクタ間の反力を作業者にリアルタイムで視覚的に提示することが可能となった。実証例として，珪藻などの非球状微小物の双腕協調光ピンセット操作に適用することでその有効性を示した。光捕捉からの逸脱のない安定した双腕協調光ピンセット操作においては，被操作対象からの反力の検出が不可欠であり，リアルタイムに複数把持点の反力を提示しながら双腕光ピンセット操作できる視触覚双腕光マニピュレータは，世界的にもこれまで研究報告が無く，顕微熟練作業の高度化に貢献できるものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度も新型コロナウイルス感染症による研究協力者としての学生の構内立ち入り禁止など，研究遂行上の物理的制約を大きく受けた。視触覚双腕光マニピュレータの開発など，双腕多指協調作業のための光ピンセット開発はほぼ順調に研究が進捗したが，微小物内外部の多面的観察のための光学実験系の構築やそれら研究成果の学会発表・論文化が十分にできなかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究テーマは，本来は今年度が最終年度であったが，期間延長申請が認められた。新型コロナウイルス感染症の流行も次年度で3年目になるが，未だ実験遂行や学会での成果発表への影響が見通せない状況にある。得られた知見については，海外国際会議での研究成果発表に代えて国際誌への投稿論文のオープンアクセス化（現在国際誌へ1報投稿中）などで，広く国内外へ公表できるよう努めたい。
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| Causes of Carryover |
今年度も新型コロナウイルス感染症による大規模集会の自粛で，当初研究発表を予定していた国内外の学会がオンライン化や中止になり，研究発表のための出張旅費全額と学会参加費などがほぼ未使用になり，50万程度の残額が生じた。期間延長申請が認められたので，これら未使用繰り越し分については，現地での開催が予定されている国内学会への旅費，参加費，現在投稿中の国際誌論文のオープンアクセス化費用として使用する予定である。
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