2020 Fiscal Year Research-status Report
空気圧リザバーコンピューティングのロボット制御への展開
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20K04375
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
川瀬 利弘 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (40633904)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | リザバーコンピューティング / 空気圧 / 人工筋 / ソフトロボット / 形態による計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ソフトロボットが自らの身体を計算に活用する新たな原理として、空気圧管路系による物理リザバーコンピューティング（空気圧リザバーコンピューティング）を提案し，実際にこれを用いて制御を行うソフトロボットを開発する。
本年度は、空気圧リザバーコンピューティングによるアシストスーツの姿勢推定、計算能力の高い管路構造の探索、シミュレーションによる管路計算能力の特性の調査を行った。アシストスーツの姿勢推定については、従来行っていた人工筋アシストスーツ大腿部の角度および角速度の推定に加え、膝関節の角度および角速度の推定にも成功した。さらに、推定用の管路系の一部となっている人工筋をつなぐ管路の系により推定精度を向上させられることを確認した。管路構造による計算能力の向上については、木構造やループのある構造を含む複数の管路構造に対し、同アシストスーツを用いて推定精度を比較する検討を行った。シミュレーションによる基礎的な特性の調査として、空気圧管路系シミュレーションを実装し、非線形システムの出力推定を管路1本により行うシステムをシミュレートした。複数のパラメータによるシミュレーションの結果、管路の径により推定精度は非線形に変化し、最適な径があることを示した。またこのシミュレーションを用いて、従来の物理リザバーコンピューティングで提案されていた出力フィードバック付きのリザバーコンピューティングシステムを実装し、フィードバック付きシステムによる計算によって推定精度の向上が行えることを示唆する結果を得た。
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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
当初予定よりもシミュレーションを用いた研究に比重を置くこととなったが、空気圧リザバーコンピューティングに関する基礎的な検討を進めることができた。これらの知見は、今後異なる構造の空気圧リザバーを構築する上でも有用である。本年度開発したシミュレーションの一部は、今後、アシストスーツ等の実験系全体のシミュレーションにも使用でき、研究を促進するものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
空気圧リザバーにより計算した値を用いて制御を行う人工筋アシストスーツの制御系を構築する。またシミュレーションや理論による解析を通して空気圧リザバーの特性を調査する。これらの研究を通して得られた知見をもとに、アシストスーツに限らないソフトロボットの構成要素としての空気圧リザバーについての研究を、その物理的な実装とともに進める。
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| Causes of Carryover |
本年度にアシストスーツ実験での姿勢計測用にモーションキャプチャを購入する計画であったが、本研究で使用するために十分な機能を持つセットを購入した場合に予算が不足する可能性が高かったため、次年度に購入することとした。翌年度分として請求した助成金と合わせ、モーションキャプチャとその周辺機器・消耗品、論文出版費用等として使用する予定である。
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