| Project/Area Number |
23K28166
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| Project/Area Number (Other) |
23H03476 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
安川 真輔 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (90837973)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林田 祐樹 三重大学, 工学研究科, 教授 (10381005)
西田 祐也 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (60635209)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2026: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
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| Keywords | ニューロモルフィック / ロボットビジョン / 網膜 / 眼球運動 / 視覚情報処理 / 固視微動 |
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| Outline of Research at the Start |
自律型ロボットの視覚フロントエンドには、限られたサイズ・可搬重量・消費電力の中でタスク遂行に必要な情報を入力光から高効率に抽出することが要求される。脊椎動物の網膜系は省エネルギーで多様かつ予測不能な視覚環境と、非定常な体-眼球運動条件下にありながら、頑健な視覚情報の符号化を実現している。そこで本研究では、眼球運動下におけるターゲット軌道情報の符号化に着目し、構成論的手法によって、生体眼-網膜系による動的非線形演算の機序を明らかにする。また、その演算機序に基づいた設計指針からスパイク信号出力型の視覚デバイスを構成し、ロボットの視覚制御実験及び画像通信試験を通して、その有用性を示す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では眼球や体の動きを積極的に信号処理に活かす方法を網膜神経系から構成論的に理解し、活用するアプローチをとっており、これまでに以下の3つの主な成果を挙げることができた。
1. 視線の高速な動きや眼球運動を模倣できる装置と、並列に信号を処理するデジタル演算回路を備えたスパイク出力型視覚デバイスを用いて、眼と網膜のはたらきを再現する眼-網膜エミュレータを構築した。センサ部分は、中心視野と周辺視野で異なる時間的・空間的な応答特性を持つ網膜神経節細胞のしくみを模倣しており、実際にその定性的特性の再現が可能であることを実験で示した。
2. さらに、網膜神経回路の知見をもとに、眼球や身体の動きがある状況でも物体の動きを予測できる局所的な動きの予測モデル（local motion anticipation model）を新たに設計し、その基本的な性質を解析した。本モデルは、網膜内で広い範囲の情報を統合する細胞（wide-fieldアマクリン細胞）の働きを参考に構成しており、脱抑制機構等の仕組みを取り入れることによって、積極的に視野全体の動きを信号処理に活かす計算モデルの基礎を検討できた。
3. また、微細な眼球運動（固視微動）を再現するため、楔形プリズムとピエゾモータを組み合わせた小型の眼球運動再現装置を開発した。これにより、微細な視線の揺れを人工的に生成できるようになり、その視覚情報処理に与える影響の評価ができるようになった。
これらの成果は、視覚情報を効率的かつ高精度に処理できる次世代視覚センサの基礎技術となるものであり、省電力かつリアルタイムな視覚処理が求められる分野への応用が期待される。
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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
年度当初に計画したスパイク出力型視覚デバイスの実装は予定通り完了し、中心・周辺視野で異なる応答特性の再現に成功した。また、身体運動下における視覚処理のモデル化として、網膜の広範囲な信号統合機構に基づく動き予測モデルの構築と基本特性の解析も達成された。さらに、固視微動の影響を評価するための小型運動再現装置も開発済みであり、当初想定していた実験環境が整いつつある。成果発表については国際会議による報告があり、ジャーナル論文での成果報告については2025年度実施する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点で研究計画の大幅な変更は必要なく、進捗に応じて段階的に応用展開を図る予定である。
今後は、開発した眼球模擬装置やスパイク出力型視覚デバイス内の計算モデルを発展させることやロボットや画像処理機器への活用方法に関する研究を中心に進める。
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