| 研究課題/領域番号 |
19K04268
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| 研究機関 | 北九州工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
久池井 茂 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (50300653)
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| 研究分担者 |
川原 浩治 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (20321515)
吉野 慶一 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (40249876)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | スマートハンドリング / サイバーフィジカルシステム / 回転不変マッチング / 非接触制御技術 / 機能分析技術 |
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| 研究実績の概要 |
２０２０年度は、これまでに研究開発した非接触技術をサイバーフィジカルシステム（ＣＰＳ）で統合することによって、細胞からの反応によるデータを用いて、画像解析イメージングによるスマートハンドリング技術を確立した。細胞内の温度によって画像の輝度が変わる方法なども研究し、機能分析と画像処理結果との相関を高次元多変量重回帰モデルのスパース推定で調べた。細胞の反応メカニズムを分析し、スマートハンドリング技術を完成するため、本年度に構築したシステムを検証中である。
本年度に実施した研究は、ヒト細胞等の機能分析に有効なハンドリング技術の暗黙知を形式知として確立するものである。研究シーズであるレーザー光圧を用いた非接触運動制御技術・画像処理による有用物質計測技術を連携したハンドリング技術において、膨大な操作ノウハウ等の情報をサイバー空間の強力なデジタル解析で結びつけ数値化し、定量的に分析するサイバーフィジカルシステム（ＣＰＳ）と融合した。従来は人でしか対応できなかった高度化・複合化した最先端の機能分析技術を自動化するものである。
これまでの研究で、非接触細胞ハンドリングシステムのプロトタイプを完成させている。しかしながら、操作者に依存しないハンドリングを実現するためには、「経験と勘」でしかわからなかった操作を「数値化」し定量的に分析する必要がある。そこで、非接触センシングした取得情報に、高次元多変量重回帰モデルの構築やデータ同化、機械学習を適用することで人による「経験と勘」でしかわからなかった操作手法を統合解析した。今後も様々な要因情報の中から最適な特徴量を見つけ、ハンドリング技術の革新を目指し、次世代のスマートハンドリングシステムを創出する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
２０２０年度は、予定どおりＣＰＳ環境で統合する次世代スマートハンドリングシステムの構築を行ったので、おおむね順調に進展している。２０１９年度に構築したサイバーフィジカルシステム（ＣＰＳ）環境、非接触機能分析システムの確立を行い、培地内で細胞の３次元操作や回転運動の最適操作条件を機械学習させ、本研究で提案するシステムと共焦点レーザー操作顕微鏡を組み合わせることによって、細胞の３次元姿勢制御を研究したものである。断層画像を撮影することによって３次元画像を作成し、「人」に代わり細胞をリアルタイムで計測処理、精緻なハンドリングができるシステムの研究を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
２０２１年度は、これまでに構築したロボットテクノロジー・バイオテクノロジー・フォトニクスという３つの分野の融合技術により、ミクロおよびナノレベルの計測、制御を可能とする革新的なハンドリング手法の検証を行う予定である。デジタルツイン技術を活用してシステムの自動化やアプリケーション開発も行うので計画準備中である。実用化に向けて，産学官連携で実証実験を実施し、最適操作条件の評価とビジネス・インテリジェンスを考慮したアプリケーションについても研究する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
２０２０年度は、前年度までのシステム統合であり、物品を購入しなくても研究を遂行することができた。
２０２１年度は、コロナ禍の影響でできなかった出張やシステムの実証実験等が実施され、当初研究計画どおりの使用になると考えている。
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