| 研究課題/領域番号 |
21H01269
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
福原 洸 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (10827611)
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| 研究分担者 |
増田 容一 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (70849760)
郡司 芽久 東洋大学, 生命科学部, 助教 (80833839)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
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| キーワード | 前腕不動化現象 / 旋回歩行の運動計測 / 旋回歩行の運動制御 / 反射バランス制御 / バイオメカニクス / 四脚動物 / 旋回行動 / 前肢ロック機構 / 四脚ロボット / 解剖学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
四脚動物が示す歩行，走行，採餌，営巣といった多芸多彩な振る舞いの背後には，器用に働く前肢の存在がある．前肢は，身体を力強く支持・推進させるロコモータとして機能する一方で，推進の向きを変える「舵取り」の役目や，物体を把持操作するマニピュレータとしての機能も有する．この前肢の状況依存的な機能発現の源泉ともいえる現象を，申請者らはライオン前肢の解剖から発見した．それは前肢の体重支持に伴う「足先の不動化現象」である．本研究では，解剖学，ロボット工学，制御工学の連携により不動化現象のメカニズム全容を明らかにし，四脚ロボットの即時適応的な振る舞いを生み出す脚抹消の新たな設計論へと昇華することを目的とする．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，クマなどの食肉目哺乳類の前腕にみられる回内・回外運動の不動化現象の理解と，前腕不動化現象が旋回歩行動作に及ぼす影響について明らかにすることを目的とし，動物解剖，運動計測，ロボット実験に取り組んだ．解剖計測の結果，前腕の不動化現象は長掌筋や手根屈筋などの屈筋群を介した連動性によって引き起こされていることが明らかとなった．また，レッサーパンダを用いた運動計測では，旋回歩行時における四肢の接地期間が増加することが明らかとなった．また，ロボットの旋回歩行では，脚負荷や体幹の移動速度に基づくセンサフィードバック則によって，旋回するタイミングやロボットの形態に応じた旋回歩行の生成に成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
四肢の筋骨格ネットワークを介することで矢状面上の関節が連動し，体重指示などの機能を発現することは，ウマなどの走行性哺乳類や，ワニなどの爬虫類，走行性の鳥類の事例が報告されていた．本研究で明らかになった前腕不動化機構では，肘や手首，指関節といった矢状面上の関節の連動だけでなく，手首のねじりを生み出す橈尺関節にまで連動が及び，体重指示に伴う屈筋群の張力の増加が前腕の回外運動を阻害するものである．こうした負荷状況に応じた３次元的な連動メカニズムは，マニピュレーションなどに活用可能な前脚抹消を多自由度にしつつ，運動制御を簡易化する基盤技術として大いに資することが期待される．
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