使い易いマン・マシンインターフェースのための適応型非線形筋電検出技術の開拓

• 研究課題/領域番号: 18H01487
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 葛西 誠也 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (30312383)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2020年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2018年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: 筋電検出 / 非線形 / 感覚フィードバック

研究成果の概要

筋肉が発する電気信号から使用者の動きや意図を検知し機器に伝える筋電型マン・マシンインターフェースをより使い易くするため、本研究では筋電信号の検出精度を高めることと筋電検出系と一体化できかつ表現力に富んだ感覚フィードバック機構の研究を行った。生物の感覚器に倣った独自の非線型筋電検出技術に使用者や環境の状態に適応する機構をもたせることで安定した筋電検出を可能にした。また、複数の小型偏心モーター振動子を干渉させるシンプルな方式で単体振動子では不可能な2.5 Hzという超低周波振動を生成できることを示し、表現力の高い人工感覚デバイスのプロトタイプを実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、使用者の動きや意図を読み取る筋電検出に非線形工学を適用する独自手法により難点を克服する新しい技術を創り出した。また、振動をとおして使用者に情報伝達する人工感覚の情報量を大幅に増やす方法を開拓した。これらの成果は、直感的な操作を可能にする筋電型インターフェースの問題点を解決し「思い通り」の操作体験を提供できるようするものであり、操作手順が煩雑な種々の機器を使いやすくする技術につながる。

研究成果

• [国際共同研究] AGH University of Science and Technology(ポーランド)
• [雑誌論文] Effect of asymmetric deformation dynamics in amoeboid organism on its search ability (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito Kenta、Suefuji Naoki、Kasai Seiya
  • 雑誌名: Bioinspiration & Biomimetics 巻: 16 号: 3 ページ: 036003-036003
  • DOI: 10.1088/1748-3190/abe6f9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current timer switch in a GaAs-based nanowire coupled with polyoxometalate nanoparticle and conductive AFM tip (2020)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Kentaro、Saito Shunsuke、Kasai Seiya
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 号: 10 ページ: 105005-105005
  • DOI: 10.35848/1347-4065/abb9c9
  • NAID: 120007151360
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amoeba-inspired analog electronic computing system integrating resistance crossbar for solving the travelling salesman problem (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito Kenta、Aono Masashi、Kasai Seiya
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-020-77617-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of feedback delays on solution quality in amoeba-inspired computing system that solves traveling salesman problem (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito Kenta、Kasai Seiya
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 13 号: 11 ページ: 114501-114501
  • DOI: 10.35848/1882-0786/abbfe1
  • NAID: 120007168166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amoeba-inspired electronic computing system and its application to autonomous walking of a multi-legged robot (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Saito, N. Suefuji, S. Kasai, and M. Aono
  • 雑誌名: Journal of Applied Logics 巻: 5 ページ: 1799-1814
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Amoeba-Inspired Electronic Solution-Searching System and Its Application to Finding Walking Maneuver of a Multi-legged Robot (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Saito, N. Suefuji, S. Kasai, and M. Aono
  • 雑誌名: Proceedings of 2018 IEEE 48th International Symposium on Multiple-Valued Logic 巻: ISMVL2018 ページ: 127-131
  • DOI: 10.1109/ismvl.2018.00030
  • 査読あり
• [学会発表] Electronic implementation of nature-inspired functionalities dealing with fluctuations (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Kasai
  • 学会等名: MJIIT-UTM Nanotech: Materials and Devices 2021 Prominent Lecture Series
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stochastic resonance in electronics (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Kasai
  • 学会等名: Krakow Condensed Matter (UPeL) Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 非線形エサキダイオードを用いた電子リザバーノードの構成と結合 (2021)
  • 著者名/発表者名: 齋藤俊介，河口研一，葛西誠也
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Evaluation of Solution Search Performance of Amoeba-Inspired Electronic Computing System for Solving Maximum Cut Problem (2020)
  • 著者名/発表者名: K. Saito, S. Kasai, M. Aono
  • 学会等名: 2020 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] リザバーコンピュータに向けたエサキダイオード非線形発振ノードの基礎的検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 齋藤俊介，河口研一，葛西誠也
  • 学会等名: 第11回分子アーキテクトニクス研究会
• [学会発表] アナログ電子アメーバにおける遅延による不安定状態の解探索性能への影響評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 斉藤健太，葛西誠也，青野真士
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 確率的傾斜法を用いた粘菌型自律歩行ロボットの歩行効率化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大沼柊，斉藤健太，葛西誠也，青野真士
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] ガウス分布関数の相対変化率の発散とまさつがない双安定系の確率共鳴 (2020)
  • 著者名/発表者名: 葛西誠也
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 粘菌型自律歩行ロボットの身体感覚による路面状態センシング (2020)
  • 著者名/発表者名: 大沼柊、斉藤健太、末藤直樹、葛西誠也、青野真士
  • 学会等名: 2020年電子情報通信学会総合大会
• [学会発表] 非線形電子デバイスによる生物機能の模倣と理解 (2020)
  • 著者名/発表者名: 葛西誠也
  • 学会等名: 電子情報通信学会システムナノ技術に関する特別研究専門委員会(SNT)第3回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Nature- and bio-inspired electronic devices making use of fluctuation (2020)
  • 著者名/発表者名: 葛西誠也
  • 学会等名: ナノ学会ナノ機能・応用部会合同研究会
• [学会発表] 振動型感覚フィードバックシステムにおける皮膚振動情報の定量評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田嶋孝一、稲田一稀、葛西誠也
  • 学会等名: ２０１９年電子情報通信学会ソサイエティ大会
• [学会発表] 粘菌型自律歩行ロボット行動決定のための動態時系列センシング (2019)
  • 著者名/発表者名: 大沼柊、斉藤健太、末藤直樹、葛西誠也、青野真士
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Amoeba-inspired electronic computer solving optimization problem (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kasai
  • 学会等名: International Symposium for Neuromorphic Hardware Research Center
  • 国際学会
• [学会発表] 最適化問題を解く電子アメーバとその応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 葛西誠也、青野真士、斉藤健太、末藤直樹
  • 学会等名: 第６６回応用物理学会春季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 粘菌に着想を得たTSP解探索アルゴリズムの電子回路実装 (2019)
  • 著者名/発表者名: 斉藤健太、末藤直樹、葛西誠也、青野真士
  • 学会等名: 第６６回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 非同期CMOS 論理回路に問題をマッピングしたアメーバ型解探索電子システムの動的挙動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 末藤直樹、斉藤健太、青野真士、葛西誠也
  • 学会等名: 第６６回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Electronic Representation of Nature-inspired Functions for Nano-scale Electronic Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Kasai
  • 学会等名: Nanotech Malaysia 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stochastic resonance in electron devices and its application (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Kasai
  • 学会等名: ACSIN 2018 Informal Satellite Workshop Material Intelligence -Unconventional Computing by Network-based Materials-
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Amoeba-inspired electronic solution-searching system and its application to finding walking maneuver of a multi-legged robot (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Saito, N. Suefuji, S. Kasai, and M. Aono
  • 学会等名: 2018 IEEE 48th International Symposium on Multiple-Valued Logic (ISMVL2018)
  • 国際学会
• [学会発表] User-adaptive Surface Myoelectric Signal Detection System Using Nonlinear Device Network (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Inada, K. Tajima, and S. Kasai
  • 学会等名: 2018 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications (NOLTA 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 電子アメーバSAT解探索システムにおけるエラーと解探索効率の相関 (2018)
  • 著者名/発表者名: 斉藤健太、葛西誠也、青野真士
  • 学会等名: 2018電子情報通信学会ソサイエティ大会
• [学会発表] 粘菌アメーバ型最適化問題解探索にもとづく4脚ロボットの自律歩行 (2018)
  • 著者名/発表者名: 末藤直樹、斉藤健太、葛西誠也、青野真士
  • 学会等名: 2018電子情報通信学会ソサイエティ大会
• [図書] 分子アーキテクトニクス 単分子技術が拓く新たな機能 (CSJカレントレビュー) 、３章 Basic concept-4：揺らぎを利用したエレクトロニクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 葛西誠也
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759813913
• [備考] 研究室HP
  • URL: https://www.rciqe.hokudai.ac.jp/labo/qid/
• [備考] 学内研究紹介記事
  • URL: https://www.ist.hokudai.ac.jp/netjournal/net_44_1.html
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.rciqe.hokudai.ac.jp/labo/qid/
• [備考] 北海道大学大学院情報科学院／大学院情報科学研究院 ネットジャーナル４４
  • URL: https://www.ist.hokudai.ac.jp/netjournal/net_44_1.html
• [産業財産権] パルス発生回路 (2021)
  • 発明者名: 葛西誠也，末藤直樹
  • 権利者名: 北海道大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2021-012464
  • 出願年月日: 2021
• [産業財産権] 非一様解探索システム、非一様解探索方法及び非一様解探索プログラム (2020)
  • 発明者名: 青野真士，葛西誠也，大古田香織，福田真悟
  • 権利者名: Amoeba Energy，北海道大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-184993
  • 出願年月日: 2020
• [産業財産権] ロボット、ロボット制御方法、およびプログラム (2018)
  • 発明者名: 葛西誠也、斉藤健太、末藤直樹、青野真士
  • 権利者名: 葛西誠也、斉藤健太、末藤直樹、青野真士
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-093128
  • 出願年月日: 2018
• [産業財産権] デバイス (2018)
  • 発明者名: 葛西誠也、斉藤健太、青野真士
  • 権利者名: 葛西誠也、斉藤健太、青野真士
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-093127
  • 出願年月日: 2018