| 研究課題/領域番号 |
19K04319
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 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
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| 研究機関 | 香川大学 (2020-2022)
国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2019) |
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研究代表者 |
田中 芳夫 香川大学, 創造工学部, 客員研究員 (30357454)
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| 研究分担者 |
藤本 憲市 香川大学, 創造工学部, 教授 (20300626)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 光ピンセット / 知能機械 / マイクロ・ナノデバイス / マイクロマニピュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，1台の光源からのレーザ光を2本の偏光ビームに分割し，各々のビームに対し焦点位置を精密に実時間制御できる多点光ピンセット光学系を構成することで，双腕多指ハンドとして機能する非接触操作型の光マニピュレータを開発する．この制御観測系に，光学顕微鏡下の観測画像の実時間画像処理と画像再構成技術を統合することで，微小物の視覚認識に基づいた能動的な捕捉・把持と双腕系の協調動作を用いた非接触3次元マイクロ操作と計測技術の高度化・自動化について検討する．これにより，接触型マイクロ操作技術を補完し，かつ凌駕する技術として，光ピンセットマイクロ操作技術の学術的確立と3D細胞生物学等への展開をめざす．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，1台の光源からのレーザ光を2本の偏光ビームに分割し，この2本の腕に対応する各々のビームに対し，マイクロ操作時のエンドエフェクタとなるレーザ光焦点位置や高輝度光パターンを精密に実時間制御できる多点光ピンセット光学系を構成することで，双腕多指ハンドとして機能する光マニピュレータを開発する。この制御観測系に，光学顕微鏡下の観測画像の実時間画像処理と画像再構成技術を統合することで，微小物の視覚認識に基づいた能動的な捕捉・把持と双腕系の協調動作を用いた非接触3次元マイクロ操作と計測技術の高度化・自動化について検討する。これにより，光ピンセットマイクロ操作技術の学術的確立と共に，3次元細胞生物学や顕微熟練作業の自動化に貢献できる基盤技術を開発することを目的とする。本年度に得られた主な成果は以下のとおりである。
視触覚双腕光マニピュレータによるマイクロ操作：観測系と制御系間の各種非線形歪みを較正する新たな手法を開発し，一昨年度開発したミラー走査型双腕3次元光ピンセットシステムに適用することで，マウスによる光ピンセット操作時の精度を大幅に改善することができた。また，市販の3次元指示デバイスと実時間画像処理技術を利用して，両手を用いた双腕協調マイクロ操作時に，被操作対象と球状エンドエフェクタ間の反力を作業者にリアルタイムで視覚的に提示できる視触覚双腕光マニピュレータシステムを開発し，ガラス片や珪藻などの非球状物のマイクロ操作に適用することでその有効性を実証した。光捕捉からの逸脱のない安定かつ高精度な双腕協調光ピンセット操作においては，被操作対象からの反力の検出が不可欠であり，リアルタイムに複数把持点の反力を視覚的に提示しながら両手でマイクロ操作できる視触覚双腕光マニピュレータは，世界的にもこれまで研究報告が無く，顕微熟練作業の高度化に貢献できるものである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今年度も新型コロナウイルス感染症対策で暗室内でのマスク着用による光学実験を余儀なくされるなど，研究遂行上の制約を大きく受けた。双腕多指協調作業のための光ピンセット開発は，開発した視触覚双腕光マニピュレータを用いたマイクロ操作の研究結果が国際誌に掲載されるなど，ほぼ順調に研究が進捗した。しかし，暗室内での実験遂行上の制約で，微小物内外部の多面的観察のための光学実験系の構築やそれら研究成果の学会発表・論文化が十分にできなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究テーマは，当初計画では3年間であった研究期間が新型コロナウイルス感染症の流行で期間の再延長が認められた。来年度は新型コロナウイルス感染症の扱いも5類となり，これまで制約を受けた暗室内でのマスク着用なしでの長時間の光学実験や学会開催現地での成果発表など，研究環境の状態がほぼ平常に戻ることが期待できる。したがって，実験遂行の遅れた部分を取り戻し，得られた知見については学会開催現地での研究発表を通じて広く公表できるよう努めたい。
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