人間らしさを許容するハイブリッドインタラクティブな人機情系の在り方に関する研究

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K19762
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 小木曽 公尚 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (30379549)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2023-03-31
• キーワード: 剛性制御 / 意思決定モデル / 感情ダイナミクス

研究実績の概要

本研究では，人間-機械-情報環境系を対象に考え，人の好みや意欲に配慮した動作支援や能力拡張に資する“ 情報 ”と“ 力(ちから) ”のインタラクション(ハイブリッドインタラクション)の在り方をシステム論的に解明することを目的と定める．この研究目的を達成するため，今年度は，空気圧駆動系の擬人化による力のインタラクション，および，インセンティブ制御による情報のインタラクションの2課題について取り組んだ．今年度に得られた成果は，我々が開発した空気圧駆動系との力の相互作用を実現する制御技術，および，人間らしさを表す感情を取り入れた意思決定モデルを開発した．
空気圧駆動系の制御技術に関しては，McKibben型空気圧ゴム人工筋を用いた拮抗構造のアクチュエータに対し，関節角度および関節剛性を同時に制御するモデルベース制御技術を開発した（Shin, et. al.，IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2022）．また，拮抗構造の動的モデルを解析することで，制御可能な関節剛性の範囲を可視化することに成功した（Shin, et. al., Advanced Robotics, 2022）．
そして，意思決定モデルに関しては，人の非合理的な意思決定を感情に起因するものと捉え，感情の時間変化を非線形差分方程式でモデルし，部分観測マルコフ決定過程で記述される意思決定の合理性や，感情モデルにより起因する非合理性との割合をパラメータで調整可能な数理モデルを提案した（Iinuma, et. al., Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, 2021）．

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

空気圧駆動系の角度剛性の同時制御では，駆動系の詳細な数理モデルの同定に成功し，トルクセンサを用いずに剛性制御を可能にした．その結果，高磁場環境での利用や軽量化も可能となることから，リハビリテーション医療への応用も期待されている．また，制御可能な関節剛性の範囲を可視化することに成功したことで，利用者に剛性の強弱を視覚的に伝えられるようになった．一連の研究成果に関して，担当学生が2022年計測自動制御学会制御部門奨励賞（技術分野）を受賞した．現在は，拮抗構造のアクチュエータを2つ繋げた2リンクアームの開発をすすめ，角度同時制御系を開発中である．これを用いて，人の力と情報のハイブリッドインタラクションを評価する．
合理性や非合理性をパラメータで調整可能な意思決定モデルにより，人の非合理的な意思決定の事例として，裁判記録にある殺人事件を数値例で扱えることを示した．本研究成果は，学祭研究の独自性が認められ，筆頭著者が電気通信普及財団テレコム学際研究学生賞を受賞した．現在は，非協調ゲームにおける人間らしさを表す数理モデルの導出および解析を進めている．

今後の研究の推進方策

本年度開発した制御技術および意思決定モデルを拡張し，空気圧駆動系と人とのハイブリッドインタラクションをおこなうシステムを開発する．このシステムを対象に，ゲーム理論的モデリングをおこなうことで，インタラクションによる人の操作および意思決定に与える影響を定性的に調査する．そして，力の相互作用を記述する物理系と人間らしさを扱う意思決定科学を統合したシステム理論の構築を目指す．

次年度使用額が生じた理由

コロナ禍の影響により，出張の機会が減ったこと，および，謝金の発生する講演や研究指導等を依頼する機会がなかったため．

研究成果

• [雑誌論文] Sensorless angle and stiffness control of antagonistic PAM actuator using reference set (2022)
  • 著者名/発表者名: Shin Takaya、Kogiso Kiminao
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: 36 ページ: 423～437
  • DOI: 10.1080/01691864.2022.2046502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detailed Dynamic Model of Antagonistic PAM System and its Experimental Validation: Sensor-less Angle and Torque Control with UKF (2021)
  • 著者名/発表者名: Shin Takaya、Ibayashi Takumi、Kogiso Kiminao
  • 雑誌名: IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 巻: 27 ページ: 1～1
  • DOI: 10.1109/TMECH.2021.3086218
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Emotion-involved human decision-making model (2021)
  • 著者名/発表者名: Iinuma Kaede、Kogiso Kiminao
  • 雑誌名: Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems 巻: 27 ページ: 543～561
  • DOI: 10.1080/13873954.2021.1986846
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 空気圧人工筋モデルに基づく実現可能な関節角度と剛性の目標値集合 (2021)
  • 著者名/発表者名: 新昂也，小木曽公尚
  • 学会等名: 第39回日本ロボット学会学術講演会
• [備考] 空気圧ゴム人工筋を用いた柔軟なアクチュエータの開発
  • URL: https://www.kimilab.tokyo/contents/102
• [備考] 人や組織の意思決定を制御する理論の体系化及び制御アルゴリズムの開発
  • URL: https://www.kimilab.tokyo/contents/101