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Perceptual Module based on Self-Growing Neural Network for Semi-Autonomous Remote Operation

Research Project

Project/Area Number 20K19894
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

Toda Yuichiro  岡山大学, 自然科学学域, 助教 (70806083)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords自己増殖型ニューラルネットワーク / 半自律的遠隔操作 / 空間知覚 / 半自律遠隔操作システム / 知能ロボット / 半自律的遠隔操作システム
Outline of Research at the Start

本研究では、動的未知な環境で、時系列計測データから操作者の意図にあわせた環境情報の収集とロボットの移動や制御に必要な知覚情報の抽出を行いながら、注意を向けるべき対象に対して密なモデル化を行うと同時に、それ以外の対象に対しても疎なモデル化を行うといった生物が持つ能力に近い知覚能力を空間的な位相構造が学習可能な自己増殖型ニューラルネットワークに基づく方法論から確立する。さらに、知覚モジュールを半自律的遠隔操作システムに適用することによって、操作者とロボットが状況の共有を行うことが可能となる新たな人にやさしい遠隔操作システムを実現する。

Outline of Final Research Achievements

In this research, the objective is to realize a perceptual module for robots to achieve a human-friendly remote operation system for mobile robots. As a method for realizing the perceptual module, we proposed an approach based on a self-growing neural network that can be applied to unknown objects. We also proposed a technique to achieve concentrated and distributed perception, where dense modeling is performed for objects of interest to the operator while sparse modeling is applied to the surrounding environment. By applying the established methodology to tasks such as path planning in a semi-autonomous remote operation system, we successfully realized a human-friendly remote operation system.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究における学術的意義は、自己増殖型ニューラルネットワークに基づき方法論を構成することで、未知な環境・対象に対しても認識可能なロボットの知覚モジュールを構築することにある。このような方法論は、現在普及している深層学習とは異なり、膨大なデータを必要せず学習を行うため、学術的な価値は非常に高いと考えられる。
また、本方法論を用い人にやさしい半自律的遠隔操作システムを実現することで、操作者の負担を軽減し、現在遠隔操作システムを導入している産業に対して、省力化や負担軽減を行うことに大きな社会的な意義があると考えている。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Growing neural gas based navigation system in unknown terrain environment for an autonomous mobile robot2022

    • Author(s)
      Toda Yuichiro、Ozasa Koki、Matsuno Takayuki
    • Journal Title

      Artificial Life and Robotics

      Volume: 28 Issue: 1 Pages: 76-88

    • DOI

      10.1007/s10015-022-00826-y

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growing Neural Gas with Different Topologies for 3D Space Perception2022

    • Author(s)
      Toda Yuichiro、Wada Akimasa、Miyase Hikari、Ozasa Koki、Matsuno Takayuki、Minami Mamoru
    • Journal Title

      Applied Sciences

      Volume: 12 Issue: 3 Pages: 1705-1705

    • DOI

      10.3390/app12031705

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Growing Neural Gas Based Topological Environmental Map Building and Path Planning in Unknown Environment2021

    • Author(s)
      戸田 雄一郎, 宮瀬 光梨, 岩朝 睦美, 和田 亮雅, 竹田 宗馬, 松野 隆幸, 久保田 直行, 見浪 護
    • Journal Title

      Journal of Japan Society for Fuzzy Theory and Intelligent Informatics

      Volume: 33 Issue: 4 Pages: 872-884

    • DOI

      10.3156/jsoft.33.4_872

    • NAID

      130008116630

    • ISSN
      1347-7986, 1881-7203
    • Year and Date
      2021-11-15
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Multilayer Batch Learning Growing Neural Gas for Learning Multiscale Topologies2021

    • Author(s)
      Toda Yuichiro、Okayama University 3-1-1 Tsushima-Naka, Kita-Ku, Okayama, Okayama 700-8530, Japan、Matsuno Takayuki、Minami Mamoru
    • Journal Title

      Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics

      Volume: 25 Issue: 6 Pages: 1011-1023

    • DOI

      10.20965/jaciii.2021.p1011

    • NAID

      130008119384

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 複数属性から構成される特徴ベクトルにおける Growing Neural Gasに基づく空間構造の学習2021

    • Author(s)
      戸田 雄一郎, 和田 亮雅, 松野 隆幸, 見浪 護
    • Journal Title

      計測自動制御学会論文集

      Volume: 57 Issue: 4 Pages: 209-218

    • DOI

      10.9746/sicetr.57.209

    • NAID

      130008026163

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  • [Presentation] Contour Detection Method using Growing Neural Gas from 3D Point Cloud2022

    • Author(s)
      Yudai Furuta
    • Organizer
      2022 Joint 12th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 23rd International Symposium on Advanced Intelligent Systems
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    • Author(s)
      Qi Li
    • Organizer
      2022 Joint 12th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems and 23rd International Symposium on Advanced Intelligent Systems
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  • [Presentation] Environmental Map Learning Method based on Growing Neural Gas for a Mobile Robot2022

    • Author(s)
      Qi Li
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      2022 International Joint Conference on Neural Networks
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      Yuichiro Toda
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      室本達也
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      小笹航輝
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    • Author(s)
      Qi Li
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      the 22nd International Symposium on Advanced Intelligent Systems
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  • [Presentation] Modified Region of Interest Growing Neural Gas for Point Cloud data processing2021

    • Author(s)
      Yuichiro Toda
    • Organizer
      22nd International Symposium on Advanced Intelligent Systems
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  • [Presentation] Growing Neural Gas を用いた半自律遠隔操作システムの開発2021

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      長尾圭介
    • Organizer
      第26回日本知能情報ファジィ学会中国・四国支部大会
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      長尾圭介
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      第22回 公益社団法人 計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
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      戸田雄一郎
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  • [Remarks] 岡山大学 研究者総覧

    • URL

      https://soran.cc.okayama-u.ac.jp/html/cac1b12ce6403c4a74506e4da22f6611_ja.html

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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