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2023 年度 実績報告書

歯舌実測運動特性に基づく咀嚼ロボットシミュレーション

研究課題

研究課題/領域番号 20H02116
研究機関大阪大学

研究代表者

東森 充  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30346522)

研究分担者 堀 一浩  新潟大学, 医歯学系, 教授 (70379080)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード柔軟物マニピュレーション / テクスチャーセンシング / ソフトロボティクス
研究実績の概要

本研究は,ヒトの食塊形成およびテクスチャー(食感)評価といった咀嚼機能の工学的理解と再現に向け,新しい咀嚼ロボットシミュレーション手法を確立することを目指した.このために,①咀嚼過程におけるヒトの歯および舌の運動特性を実測,解析し,②歯/舌を有するロボットシミュレータを設計開発し,③深層学習を用いて食塊形成過程の時空間力覚状態の評価モデルを構築した.本年度は,懸念となっていた②について,前年度に引き続き,歯の機能を中心とした咀嚼の理解・再現のためのシステム(通常咀嚼=咬断と臼磨による粉砕を用いた咀嚼,および,舌による粉砕片の押し潰し圧縮)と舌単体の柔軟特性に基づく機能の理解・再現に特化したシステム(舌式咀嚼=舌による押し潰しのみによる粉砕を用いた咀嚼)とを分離・平行して設計・開発を進めた.歯の機能を中心とした咀嚼システムについては,咀嚼ロボットの3つのプリミティブ[粉砕]歯による咬断・臼磨といったゲル状食品の粉砕挙動,[混合]舌による砕片群の混合挙動,[まとめ]砕片群を歯の上に再配置するまとめ挙動に加え,新たなプリミティブ[唾液]人工唾液の添加挙動を追加した.これら4プリミティブの実行順である,プリミティブシーケンスの最適化を,試験食品を用いて実施した.ここでは,ロボット咀嚼による食塊画像を取得し,あらかじめ取得しておいたヒト咀嚼による食塊画像と比較し,食塊状態の定量評価指標を算出する.この食塊評価指標を用いて,ヒトにおける食塊の時空間的変遷を再現するための,4プリミティブの並びを機械学習によって決定する枠組みを構築した.一方,舌単体機能に特化した咀嚼システムについては,アレイ状配置チャンバを有する舌型空圧ソフトアクチュエータの設計問題に取り組み,目標とする舌形状および圧力分布を同時に実現するための,空圧パターン決定法を開発した.

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2024 2023

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

  • [雑誌論文] Enclosure area expansion and reduction mechanism for artificial mastication device2024

    • 著者名/発表者名
      HASHIMOTO Daiki、SHIBATA Akihide、HASHIMOTO Kazuki、HORIGANE Tomoki、NAGAHATA Yuuya、HIGASHIMORI Mitsuru
    • 雑誌名

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      巻: 90 ページ: 23-00248

    • DOI

      10.1299/transjsme.23-00248

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Internal Pressure Pattern Design for Variable Surface Shapes of Tongue-Type Pneumatic Soft Actuator2024

    • 著者名/発表者名
      Mizuno Kaito、Higashimori Mitsuru
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 9 ページ: 3491~3497

    • DOI

      10.1109/LRA.2024.3368237

    • 査読あり
  • [学会発表] 突起状視触覚センサを用いた対象物表面特性の識別2023

    • 著者名/発表者名
      清水孝紀, 鈴木佑晟, 柴田曉秀, 石原清香, 池上聡, 中馬誠, 東森充
    • 学会等名
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2023)
  • [学会発表] アレイ状配置チャンバを有する空圧ソフトアクチュエータのための物体との相互作用を考慮した内圧パターン決定法2023

    • 著者名/発表者名
      水野海渡, 東森充
    • 学会等名
      第41回日本ロボット学会学術講演会予稿集
  • [学会発表] 咀嚼ロボットシミュレータの食塊形成機能による新たな食品評価について2023

    • 著者名/発表者名
      橋本和紀, 加藤優侑, 堀金智貴, 長畑雄也, 東森充
    • 学会等名
      日本食品科学工学会第70回大会
  • [学会発表] 力覚と視覚のマルチモーダル深層学習を用いた食品評価に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      加藤優侑, 橋本和紀, 堀金智貴, 長畑雄也, 東森充
    • 学会等名
      日本食品科学工学会第70回大会
  • [学会発表] ユニット型分布遷移予測モデルに基づく密集物体群のマニピュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      高井優, 東森充
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
  • [学会発表] ロボット咀嚼シミュレーションの新展開 -食塊形成マニピュレーション-2023

    • 著者名/発表者名
      東森充
    • 学会等名
      第34回食品ハイドロコロイドシンポジウム
    • 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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