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シリコンデバイスを実装した世界最小の昆虫型ロボットの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K04060
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
研究機関日本大学

研究代表者

齊藤 健  日本大学, 理工学部, 准教授 (70580174)

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 *注記
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワードシリコンデバイス / マイクロロボット / 昆虫型ロボット / 静電アクチュエータ / ハードウェアニューラルネットワーク / 太陽電池
研究成果の概要

世界最小の昆虫型ロボットの実現を目的として、ミリメートルサイズのロボットに搭載するシリコンデバイスを開発した。3年間の研究で、ロボットの移動機構である静電アクチュエータおよびロボットの制御機構であるハードウェアニューラルネットワークを研究成果として得た。いずれのシリコンデバイスも、マイクロロボットに搭載可能な約6平方ミリメートルの大きさで実現した。静電アクチュエータは150ミリグラムのロボットを駆動し、ハードウェアニューラルネットワークはコンピュータプログラムなしでのロボットの歩行動作を生成する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在、ロボット技術の医学への応用が盛んに研究され、医師の操作により手術するロボットが実現されている。より患者の負担を軽減するためには、消化器官内に挿入可能なミリメートルサイズの手術支援ロボットの開発が必要である。本研究で開発した静電アクチュエータは小型にもかかわらず発生力が大きく、ロボットの駆動や手術用器具の操作に使用可能である。また、ハードウェアニューラルネットワークはロボットの自律化に有用な研究である。本研究で得た成果は、次世代型の手術支援ロボットの開発に発展可能である。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (54件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (38件) (うち国際学会 11件) 備考 (5件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア大学バークレー校(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Development of neural networks chip generating driving waveform for electrostatic motor2021

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Takuro、Kurosawa Mika、Usami Yu、Kato Shinya、Sakaki Arisa、Takei Yuki、Kaneko Minami、Uchikoba Fumio、Saito Ken
    • 雑誌名

      Artificial Life and Robotics

      巻: - 号: 2 ページ: 222-227

    • DOI

      10.1007/s10015-020-00669-5

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Neural networks integrated circuit with switchable gait pattern for insect-type microrobot2021

    • 著者名/発表者名
      Kurosawa Mika、Sasaki Takuro、Usami Yu、Kato Shinya、Sakaki Arisa、Takei Yuki、Kaneko Minami、Uchikoba Fumio、Saito Ken
    • 雑誌名

      Artificial Life and Robotics

      巻: - 号: 3 ページ: 297-303

    • DOI

      10.1007/s10015-021-00678-y

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of hardware neural networks generating driving waveform for electrostatic actuator2020

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Takuro、Kurosawa Mika、Ohara Masaya、Hayakawa Yuichiro、Noguchi Daisuke、Takei Yuki、Kaneko Minami、Uchikoba Fumio、Saito Ken
    • 雑誌名

      Artificial Life and Robotics

      巻: 25 号: 3 ページ: 446-452

    • DOI

      10.1007/s10015-020-00608-4

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-programmed gait generation of quadruped robot using pulse-type hardware neuron models2020

    • 著者名/発表者名
      Takei Yuki、Morishita Katsuyuki、Tazawa Riku、Katsuya Koichi、Saito Ken
    • 雑誌名

      Artificial Life and Robotics

      巻: 26 号: 1 ページ: 109-115

    • DOI

      10.1007/s10015-020-00637-z

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study on Electrostatic Inchworm Motor Device for a Heterogeneous Integrated Microrobot System2019

    • 著者名/発表者名
      Saito Ken, Contreras Daniel S., Takeshiro Yudai, Okamoto Yuki, Hirao Satoshi, Nakata Yuya, Tanaka Taisuke, Kawamura Satoshi, Kaneko Minami, Uchikoba Fumio, Mita Yoshio, Pister Kristofer S. J.
    • 雑誌名

      Transactions of The Japan Institute of Electronics Packaging

      巻: 12 号: 0 ページ: E18-009-1-E18-009-7

    • DOI

      10.5104/jiepeng.12.E18-009-1

    • NAID

      130007633286

    • ISSN
      1883-3365, 1884-8028
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 世界最小の昆虫型ロボットの開発2019

    • 著者名/発表者名
      齊藤 健、金子 美泉、内木場 文男
    • 雑誌名

      昆虫と自然

      巻: 54 ページ: 43-45

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Spike-timing-dependent plasticity model for low-frequency pulse waveform2019

    • 著者名/発表者名
      Masaya Ohara, Minami Kaneko, Fumio Uchikoba, and Ken Saito
    • 雑誌名

      Artificial Life and Robotics

      巻: 24 号: 4 ページ: 452-459

    • DOI

      10.1007/s10015-019-00550-0

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Hardware Neural Networks IC with Switchable Gait Pattern for Insect-Type Microrobot2019

    • 著者名/発表者名
      Masaya Ohara, Mika Kurosawa, Takuro Sasaki, Taisuke Tanaka, Satoshi Kawamura, Yuichiro Hayakawa, Daisuke Noguchi, Minami Kaneko, Fumio Uchikoba and Ken Saito
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2019 IEEE/SICE International Symposium on System Integration Paris, France, January 14-16, 2019

      巻: - ページ: 663-668

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Hardware Neural Networks with Direction Change Mechanism for Insect-Type Microrobot2019

    • 著者名/発表者名
      Masaya Ohara, Mika Kurosawa, Takuro Sasaki, Taisuke Tanaka, Satoshi Kawamura, Yuichiro Hayakawa, Daisuke Noguchi, Minami Kaneko, Fumio Uchikoba, and Ken Saito
    • 雑誌名

      Proceedings of the Twenty-Fourth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2019 (AROB 24th 2019)

      巻: - ページ: 785-790

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Hardware Neural Networks Generating Driving Waveform for Electrostatic Actuator2019

    • 著者名/発表者名
      Takuro Sasaki, Mika Kurosawa, Masaya Ohara, and Ken Saito
    • 雑誌名

      Proceedings of the Twenty-Fourth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2019 (AROB 24th 2019)

      巻: - ページ: 791-796

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Development of receptor cell model converting sensor inputs into pulse waveforms2021

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Morishita, Shinya Kato, Takuro Sasaki, Yuki Takei, and Ken Saito
    • 学会等名
      The Twenty-Sixth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2021 (AROB 26th 2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamic simulation of non-programmed gait generation of quadruped robot2021

    • 著者名/発表者名
      Yuki Takei, Riku Tazawa, Takumi Kaimai, Katsuyuki Morishita, and Ken Saito
    • 学会等名
      The Twenty-Sixth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2021 (AROB 26th 2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 昆虫型マイクロロボットの駆動に必要な静電モータの出力に対する検討2021

    • 著者名/発表者名
      榎澤瑠奈,伊藤穂高,石川真聡,山田哲之,長田元気,水本明日也,森下克幸,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 静電モータで動作するマイクロロボットの駆動波形を生成するニューラルネットワークの開発2021

    • 著者名/発表者名
      高柳 拓生,榊 亜理沙,宇佐見雄, 加藤真也,佐々木拓郎,森下克幸,武井 裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] てこクランク機構を用いたマイクロロボット用脚部の回転部品に対する検討2021

    • 著者名/発表者名
      古屋菫,伊藤穂高,石川真聡,山田哲之,長田元気,水本明日也,森下克幸,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 広い発火範囲を持つパルス形ハードウェアニューロンモデルの検討2021

    • 著者名/発表者名
      森下克幸,宇佐見雄,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] センサ入力に応答する受容細胞モデルの集積回路化に対する検討2020

    • 著者名/発表者名
      加藤真也,宇佐見雄,榊亜理沙,佐々木拓郎,森下克幸,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] センサ入力強度に応じたパルス波形を出力する受容細胞モデルの開発2020

    • 著者名/発表者名
      森下克幸,加藤真也,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 階層型ハードウェアニューラルネットワークの構成要素の周波数特性に対する検討2020

    • 著者名/発表者名
      宇佐見雄,星野太輝,黒澤実花,森下克幸,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 静電モータで駆動する昆虫型マイクロロボットの歩行パターンを生成するニューラルネットワーク集積回路の開発2020

    • 著者名/発表者名
      榊亜理沙,宇佐見雄,加藤真也,黒澤実花,森下克幸,佐々木拓郎,武井裕樹,金子美泉,内木場文男,齊藤健
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ヤツメウナギの遊泳に係る神経系を模倣したハードウェアニューラルネットワークモデルの設計2020

    • 著者名/発表者名
      森下克幸,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Non-programmed gait generation of quadruped robot using pulse-type hardware neuron models2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Takei, Katsuyuki Morishita, Riku Tazawa, Koichi Katsuya, and Ken Saito
    • 学会等名
      The Twenty-Fifth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2020 (AROB 25th 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of neural networks chip generating driving waveform for electrostatic motor2020

    • 著者名/発表者名
      Takuro Sasaki, Mika Kurosawa, Yu Usami, Shinya Kato, Arisa Sakaki, Masaya Ohara, Yuki Takei, Minami Kaneko, Fumio Uchikoba, and Ken Saito
    • 学会等名
      The Twenty-Fifth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2020 (AROB 25th 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neural networks integrated circuit with switchable gait pattern for insect type microrobot2020

    • 著者名/発表者名
      Mika Kurosawa, Takuro Sasaki, Yu Usami, Shinya Kato, Arisa Sakaki, Masaya Ohara, Yuki Takei, Minami Kaneko, Fumio Uchikoba, and Ken Saito
    • 学会等名
      The Twenty-Fifth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2020 (AROB 25th 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simplification of leg mechanism using lever crank for insect-type MEMS microrobot2020

    • 著者名/発表者名
      Asuya Mizumoto, Masato Ishikawa, Hotaka Ito, Noriyuki Yamada, Genki Osada, Satoshi Hirao, Yuki Takei, Minami Kaneko, Fumio Uchikoba, and Ken Saito
    • 学会等名
      The Twenty-Fifth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2020 (AROB 25th 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヤツメウナギの神経系を模倣したヤツメウナギアナログ神経回路モデルの開発2020

    • 著者名/発表者名
      森下克幸,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      第34回エレクトロニクス実装学会春期講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Gait Pattern Generation of Hexapod-Type Microrobot Using Interstitial Cell Model Based Hardware Neural Networks IC2019

    • 著者名/発表者名
      Kurosawa Mika, Sasaki Takuro, Ohara Masaya, Tanaka Taisuke, Hayakawa Yuichiro, Kaneko Minami, Uchikoba Fumio, Saeki Katsutoshi, and Saito Ken
    • 学会等名
      2019 International Conference on Electronics Packaging (ICEP)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロロボット用の静電モータの出力向上に対する検討2019

    • 著者名/発表者名
      水本 明日也、長田 元気、平尾 聡志、武井 裕樹、金子 美泉、内木場 文男、齊藤 健
    • 学会等名
      第29回マイクロエレクトロニクスシンポジウム MES2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] MEMSマイクロロボットの脚部リンク機構に対する検討2019

    • 著者名/発表者名
      平尾 聡志、長田 元気、水本 明日也、金子 美泉、内木場 文男、齊藤 健
    • 学会等名
      第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 独立したニューロ回路の実装により動物に似た歩容を生成する四足歩行ロボットの開発2019

    • 著者名/発表者名
      武井裕樹、森下克幸、田澤陸、金子美泉、内木場文男、齊藤健
    • 学会等名
      第32回 回路とシステムワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of Electrostatic Linear Motor for Insect-Type Microrobot2019

    • 著者名/発表者名
      Genki Osada, Asuya Mizumoto, Satoshi Hirao, Yuichiro Hayakawa, Daisuke Noguchi, Minami Kaneko, Fumio Uchikoba, and Ken Saito
    • 学会等名
      EcoDesign2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 小型化および自律化に向けたニューラルネットワークIC搭載型マイクロロボットの開発2019

    • 著者名/発表者名
      早川雄一朗、野口大輔、大槻るみ、金子美泉、齊藤健、内木場文男
    • 学会等名
      LSIとシステムのワークショップ2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 静電モータを用いた昆虫型マイクロロボットを駆動するハードウェアニューラルネットワークの開発2019

    • 著者名/発表者名
      佐々木 拓郎、黒澤 実花、小原 正也、長田 元気、水本 明日也、平尾 聡志、金子 美泉、内木場 文男、齊藤 健
    • 学会等名
      JPCA2019 アカデミックプラザ
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ニューロ回路の搭載により生物の歩容を発現する四足歩行ロボットの開発2019

    • 著者名/発表者名
      武井裕樹,冨増優樹,田澤陸,森下克幸,金子美泉,内木場文男,齊藤健
    • 学会等名
      JPCA2019 アカデミックプラザ
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 静電モータを駆動するマイクロブレインチップの開発2019

    • 著者名/発表者名
      佐々木拓郎、黒澤実花、小原正也、早川雄一朗、野口大輔、金子美泉、内木場文男、齊藤健
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 階層型のパルス形ハードウェアニューラルネットワークに対する検討2019

    • 著者名/発表者名
      宇佐見雄,黒澤実花,佐々木拓郎,森下克幸,小原正也,武井祐樹,齊藤健
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 昆虫の脚の動作を模倣可能な中枢パターン生成器モデルの開発2019

    • 著者名/発表者名
      山口貴大,森下克幸,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 馬の歩容を生成するニューロモーフィック回路の小型化に対する検討2019

    • 著者名/発表者名
      田澤陸,勝谷孝一,森下克幸,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] マイクロロボット用の静電アクチュエータを駆動するニューラルネットワーク集積回路の基礎的検討2019

    • 著者名/発表者名
      榊亜理沙,宇佐見雄,加藤真也,黒澤実花,佐々木拓郎,小原正也,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 四足歩行ロボットに実装するニューロモーフィック回路の集積化に対する検討2019

    • 著者名/発表者名
      加藤真也,宇佐見雄,榊亜理沙,黒澤実花,佐々木拓郎,小原正也,武井裕樹,齊藤健
    • 学会等名
      電気学会電子回路研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] マイクロロボット用の制御回路を駆動する太陽電池の検討2019

    • 著者名/発表者名
      黒澤実花、小原正也、佐々木拓郎、平尾聡志、齊藤健
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会第24回研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 磁気アクチュエータの作製に向けたマイクロヒーターの作製2019

    • 著者名/発表者名
      水本明日也, 長田元気, 平尾聡志, 仲田友也, 齊藤健
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会第24回研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] MEMSマイクロロボット用の静電リニアアクチュエータの検討2019

    • 著者名/発表者名
      長田元気, 水本明日也, 平尾聡志, 仲田友也, 齊藤健
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会第24回研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 静電モータで駆動するマイクロロボットの駆動波形を出力する中枢パターン発成器の開発2019

    • 著者名/発表者名
      佐々木拓郎、黒澤実花、小原正也、齊藤健
    • 学会等名
      電子情報通信学会東京支部学生会第24回研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] マイクロロボット用の双方向に駆動力をもつ静電リニアモータの開発2019

    • 著者名/発表者名
      平尾聡志, 仲田友也, 長田元気, 水本明日也, 金子美泉, 内木場文男, 齊藤健
    • 学会等名
      第33回エレクトロニクス実装学会春季講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of Hardware Neural Networks IC with Switchable Gait Pattern for Insect-Type Microrobot2019

    • 著者名/発表者名
      Masaya Ohara, Mika Kurosawa, Takuro Sasaki, Taisuke Tanaka, Satoshi Kawamura, Yuichiro Hayakawa, Daisuke Noguchi, Minami Kaneko, Fumio Uchikoba and Ken Saito
    • 学会等名
      2019 IEEE/SICE International Symposium on System Integration
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Hardware Neural Networks with Direction Change Mechanism for Insect-Type Microrobot2019

    • 著者名/発表者名
      Masaya Ohara, Mika Kurosawa, Takuro Sasaki, Taisuke Tanaka, Satoshi Kawamura, Yuichiro Hayakawa, Daisuke Noguchi, Minami Kaneko, Fumio Uchikoba, and Ken Saito
    • 学会等名
      The Twenty-Fourth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2019 (AROB 24th 2019)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Hardware Neural Networks Generating Driving Waveform for Electrostatic Actuator2019

    • 著者名/発表者名
      Takuro Sasaki, Mika Kurosawa, Masaya Ohara, and Ken Saito
    • 学会等名
      The Twenty-Fourth International Symposium on Artificial Life and Robotics 2019 (AROB 24th 2019)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 日本大学理工学部研究者情報「ロボットに命をふきこむ」

    • URL

      https://www.cst.nihon-u.ac.jp/research/researcherinformation/researcher14/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 研究室・教員紹介

    • URL

      https://www.eme.cst.nihon-u.ac.jp/laboratory/saito.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 研究者情報

    • URL

      https://www.cst.nihon-u.ac.jp/research/researcherinformation/researcher14/

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 日本大学研究者情報システム

    • URL

      http://kenkyu-web.cin.nihon-u.ac.jp/Profiles/83/0008285/profile.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] ニューロロボティクス研究室

    • URL

      https://www.eme.cst.nihon-u.ac.jp/laboratory/saito.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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