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解剖・運動計測・ロボット再現の融合によるウマ脚部の写実的運動モデリング

研究課題

研究課題/領域番号 23K22700
補助金の研究課題番号 22H01429 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
研究機関大阪大学

研究代表者

増田 容一  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (70849760)

研究分担者 福原 洸  東北大学, 電気通信研究所, 助教 (10827611)
郡司 芽久  東洋大学, 生命科学部, 助教 (80833839)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2023年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2022年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
キーワードロボット / 解剖学 / ウマ / バイオメカニクス / 四脚動物 / 連動性
研究開始時の研究の概要

生きて走り回る動物の内部を,我々の目で見て,触れて,自由に計測できないことが,生物学における仮説検証のボトルネックになっている.申請者らは,生物学が本質的に抱えてきたこの難題を突破するため,ロボット工学を援用して新たな生物学の研究手法を開拓する.この挑戦的課題の達成を確信するに至ったカギこそが,動物の内部構造の再現と観察を可能とする「写実的ロボットモデリング」である.本研究では,解剖・計測・ロボット技術の三領域の専門家の協働により写実的ロボットモデルを洗練することで,ウマの運動理解や臨床など生物学の現場で活用可能な仮説検証ツールへと昇華する.

研究実績の概要

本研究の目的は,申請者らが試作した解剖学的ロボットモデルをさらに洗練させることで,生物学の現場で活用可能なレベルの,新たな仮説検証ツールとして昇華することである.
本年度はウマ後肢の筋・腱構造を再現した解剖学的ロボットモデルの改良を行ったほか,ウォーク・トロット歩容など,ウマがみせる多様な運動を実現したほか,ウマにみられる典型的な運動の特徴が再現された.さらに,ロボット実験室内に設置した解剖スペースなどにおいて,ウマやシカの組織サンプルの収集および計測手法の改良を進めた.
また,発展的な内容として,腱や,骨格,それらを結合する連続体組織からなる複雑な生体模倣ロボットを実装する際に必要となるロボット造形法の開拓を行った.ロボットの運動性を向上するべく,姿勢の維持や旋回運動の実現において重要となる足運び挙動の再現や,脚運動における四脚動物の肩甲骨の機能理解に取り組んだ.ネコの後脚の腱骨格構造を再現したロボットでは,ウマの腱骨格構造における体重支持現象および走行フォームの創発現象と同様の現象が確認されたため,より深い解析を進める予定である.
さらに,当該研究分野の発展のため工学者向けの解剖法をオープンソース化して公開した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初予想されなかった,ウマにみられる典型的な運動の特徴が再現されたほか,複雑な生体模倣ロボットを実装する際に必要となるロボット造形法の開拓などの成果が得られた.また発展的な内容として,姿勢の維持や旋回運動の実現において重要となる足運び挙動の再現や,脚運動における四脚動物の肩甲骨の機能理解に取り組んでおり,想定以上の成果が得られている.

今後の研究の推進方策

本研究の目的は,申請者らが試作した解剖学的ロボットモデルをさらに洗練させることで,生物学の現場で活用可能なレベルの,新たな仮説検証ツールとして昇華することである.
2024年度は,昨年度に引き続きウマの歩行運動を再現する写実的運動モデルの構築および洗練を行う.具体的には,国内の研究者との連携のなかで,ウマの組織サンプルを収集・計測することで,モデルの生物学的妥当性を担保していく.得られた研究成果を国内外の学会およびジャーナルに投稿し,生物学や工学における有用性を問う.
さらに構築した「写実的運動モデル」の生物学の現場における活用ニーズを探索する.特に,開発した運動モデルを現場で実際に活用しながらモデルの洗練を進めていく.具体的には,開発したモデルを現場に設置して,ケガをした競走馬のオーナーへの説明や,教育現場への活用を試みる.さらに,現場からみたモデルの改善点の提案や,新たなニーズの発掘を進める.
発展的な目標として,これまで得られた動物運動に関する知見をもとに走行ロボットの身体設計に活用する.ウマの構造へと迫るロボットモデルを開発する本研究は,必然的に新たなロボット設計手法の開拓へと繋がる.現代の4脚ロボットは中腰の姿勢で走行し,荷重をモータ出力で支えているためエネルギ効率が悪く,稼働時間が極めて短い.「関節の連動性」による体重支持のメカニズムを応用することで,走行ロボットの稼働時間やペイロードの向上,運動能力の向上を目指す.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Comparative anatomy of quadruped robots and animals: a review2022

    • 著者名/発表者名
      Akira Fukuhara, Megu Gunji, Yoichi Masuda
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: 36 号: 13 ページ: 612-630

    • DOI

      10.1080/01691864.2022.2086018

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ウマ後肢の筋・腱構造を再現した解剖学的ロボットモデルにおけるウォーク・トロット歩容の創発2023

    • 著者名/発表者名
      吉田,宮下,増田,郡司,福原,高橋,大村,多田隈,石川
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 筋腱構造から創発されるネコ後脚ロボットの走行運動2023

    • 著者名/発表者名
      増田,郡司,福原
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 高粘度潤滑剤による潤滑と硬化阻害・癒着・繊維強化を併用した多組織の複合造形法2023

    • 著者名/発表者名
      増田,石塚,小坂
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 工学者のための解剖レシピ:ロボット実験室でできる省スペースの解剖法2023

    • 著者名/発表者名
      増田,郡司,福原
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] よろめきにより姿勢回復を行う無脳歩行ロボット2023

    • 著者名/発表者名
      加納,若本,石橋,増田
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 押してもコケない無脳よろめきロボット2023

    • 著者名/発表者名
      石橋,増田,福原
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] On the role of the leading limb in quadrupedal turning2023

    • 著者名/発表者名
      T. Maeta, H. Amaike, A. Fukuhara, T. Kano, A. Ishiguro
    • 学会等名
      The 11th international symposium on adaptive motion of animals and machines
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comprehensive Robot Model Based on Horse Anatomy: Towards Understanding the Passive Dynamics of Limbs2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Masuda, K. Miyashita, A. Kobayashi, T. Yoshida, M. Gunji, A. Fukuhara, Y. Takahashi, O. Hajime, K. Tadakuma, M. Ishikawa
    • 学会等名
      The 11th international symposium on adaptive motion of animals and machines
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A comprehensive model for reproducing the passive dynamics of limbs in walking and running horses2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Masuda
    • 学会等名
      The 11th international symposium on adaptive motion of animals and machines
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 四脚動物の肩部柔軟性と脚運動の模倣に向けた脚機構の提案2023

    • 著者名/発表者名
      福原, 郡司, 増田, 多田隈, 石黒
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 食肉目哺乳類の多義的な前肢の筋腱連動メカニズムの検討2023

    • 著者名/発表者名
      福原, 天池, 郡司, 増田, 多田隈, 石黒
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 四脚動物のリード脚の挙動に着目した高速旋回メカニズムに関する一考察2023

    • 著者名/発表者名
      前田, 天池, 福原, 加納, 石黒
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 食肉目哺乳類の多義的な前肢の運動理解にむけた多自由度脚機構の提案2023

    • 著者名/発表者名
      福原, 天池, 郡司, 増田, 多田隈, 石黒
    • 学会等名
      第41回日本ロボット学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 食肉目哺乳類の多義的な前肢に備わる前腕不動化現象の理解に向けて2023

    • 著者名/発表者名
      福原洸, 天池隼斗, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫
    • 学会等名
      2023/1/22-23 第35回自律分散システム・シンポジウム 大阪
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] On the role of the leading limb in quadrupedal turning2023

    • 著者名/発表者名
      Tomoe Maeta, Hayato Amaike, Akira Fukuhara, Takeshi Kano, Akio Ishiguro
    • 学会等名
      2023/06/07 The 11th international symposium on adaptive motion of animals and machines
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comprehensive Robot Model Based on Horse Anatomy: Towards Understanding the Passive Dynamics of Limbs2023

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Masuda, Kazuhiro Miyashita, Aritsune Kobayashi, Tatsuya Yoshida, Megu Gunji, Akira Fukuhara, Yuji Takahashi, Ohmura Hajime, Kenjiro Tadakuma, Masato Ishikawa
    • 学会等名
      2023/06/07 The 11th international symposium on adaptive motion of animals and machines
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 四脚動物の肩部柔軟性と脚運動の模倣に向けた脚機構の提案2023

    • 著者名/発表者名
      福原洸, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫
    • 学会等名
      2023/06/28-07/01 ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 食肉目哺乳類の多義的な前肢の筋腱連動メカニズムの検討2023

    • 著者名/発表者名
      福原洸, 天池隼斗, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫
    • 学会等名
      2023/06/28-07/01 ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 四脚動物のリード脚の挙動に着目した高速旋回メカニズムに関する一考察2023

    • 著者名/発表者名
      前田友絵, 天池隼斗, 福原洸, 加納剛史, 石黒章夫
    • 学会等名
      2023/06/28-07/01 ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ウマ後肢の筋腱構造を再現したロボットによるトロット歩容の解析2023

    • 著者名/発表者名
      吉田龍矢,宮下和大,増田容一, 郡司芽久, 福原洸,高橋佑治,大村一, 多田隈建二郎,石川将人
    • 学会等名
      2023/1/22-23 第35回自律分散システム・シンポジウム 大阪
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 解剖学的ウマ型ロボットのwalk 歩容における筋腱弾性エネルギの解析2023

    • 著者名/発表者名
      小林有恒, 宮下和大 , 増田容一, 郡司芽久, 福原洸, 高橋佑治, 大村一, 多田隈建二郎(, 石川将人
    • 学会等名
      2023/1/22-23 第35回自律分散システム・シンポジウム 大阪
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Biomimetic robots exploring design principles underlying animal body for field deployable soft robotics2023

    • 著者名/発表者名
      Akira Fukuhara
    • 学会等名
      2023/04/03 Workshop of Field Deployable Soft Robotics: Challenges and Opportunities [W5b] in ROBOSOFT2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 工学者のための解剖レシピ

    • URL

      https://polysemanticrobotics.wixsite.com/tagimech/how-to-do-dissection

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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