| 研究領域 | ソフトロボット学の創成：機電・物質・生体情報の有機的融合 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H00318
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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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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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
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| キーワード | soft robot / quadruped robot / flexible shoulder / anatomy / ソフトロボット / 四脚ロボット / 解剖学 / 肩部ハンモック構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
長い生物進化の歴史の中で，動物の形態は，より速くより適応的に前へ進むために，頭から尾の方向に非対称性を持って洗練化されてきた．中でも，前肢と後肢の胴体への接続方法の差異はその最たる例である．腰部と球体関節を介して強固に接続された後肢は，走行や跳躍において大きな推進力を体幹にダイレクトに伝えることができる．一方で，筋肉を介して胸部をハンモックのように吊り上げている前肢は，その緩やかな接続の剛性を即座に調節することで，高い環境適応性を発揮する．本研究では，四脚動物が示す適応的な移動運動に着目し，四脚動物の柔軟な肩部ハンモック構造に内在する即時適応的な柔剛調節メカニズムを抽出することを目的とする．
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| 研究実績の概要 |
最終年度である当該年度では，主に以下の３つの研究項目に取り組んだ．
研究項目１）動物の解剖学的特徴を緻密の模倣したロボットの開発：動物の柔軟な接続構造を持つ肩部を模倣した四脚ロボットを開発した．イエネコの肩周りの筋配置を大まかに模倣し，体幹部と前肢を弾性体で結合することで肩まわりの柔軟性を再現した．実際の動物の肩周りの筋肉は能動的に活動することで前肢基部である肩甲骨の動きを実現しているが，研究期間初年度より実施している一連のロボット開発と検証から，歩行・走行中の肩甲骨の背中からせり出す運動は受動的な柔軟性だけでも実装可能であることが明らかになりつつある．
研究項目２）自律分散的な柔剛調節制御の構築とロボット実機検証：いくつか試作的な試みは成されたものの，研究期間中での歩容に応じて肩周りの剛性を適応的に調整可能な制御則の構築には至らなかった．制御則試作の結果，従来の脚の瞬時的な負荷情報を直接フィードバックするのでは，脚負荷の周期的な変化に応じて制御対象である剛性値が収束しないという知見を得た．慣性運動である哺乳類の歩行・走行運動においては，瞬時値だけでなく１完歩単位などの時間スケールを大きくした運動調整へと拡張する必要があるように思われる．
研究項目３）物理リザバー計算の導入による提案制御モデルの多自由度化：剛性を調整する制御則の実装には至らなかったものの，肩の柔軟性を含めた身体ダイナミクスを計算資源として活用する取り組みは実施した．具体的には，運動中の前肢基部の変位と脚部アクチュエータの変位の情報をもとに，前肢基部の脚の柔軟性を推定することに成功した．歩行中の肩柔軟性の推定手法を発展することで，肩の柔軟性を制御するための制御指令の生成が期待できる．そのため，今後は自律分散制御の構築と合わせて，身体ダイナミクスそのものを活用した運動調整則についても検討する予定である．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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