研究課題
ハードウェアニューラルネットワーク制御によるミリメートルサイズの昆虫型歩行ロボットの開発を行った。ロボットの機構部品はIC製造技術を基本とするMEMSを用いてシリコンウェハから作製し，小型高精度のものを得た。形状記憶合金の一種である人工筋肉ワイヤーを利用した回転アクチュエータと積層圧電素子を利用したインパクト型回転アクチュエータとをそれぞれ開発した。回転アクチュエータにリンク機構を組み合わせることによって昆虫の歩行動作を実現した。制御には生体の神経回路網を模倣した電子回路によるハードウェアニューラルネットワークを適用した。人工筋肉ワイヤー回転アクチュエータ駆動用，圧電インパクト型回転アクチュエータの駆動用のそれぞれに低消費電流ニューラルネットワークCMOSICを開発した。ニューラルネットワークICは付加回路を介して昆虫型ロボットに接続し，歩行動作を実現した。人工筋肉ワイヤー回転アクチュエータ搭載ロボットは全長2.7mm，幅4.0mm，高さは2.5mmであった。圧電インパクト型回転アクチュエータ搭載ロボットは全長4.6mm，幅4.0mm，高さ3.6mmであった。それぞれのロボットは毎分26.4mm，180mmの速度で歩行を実現した。ハードウェアニューラルネットワークの回路のCMOSIC化と圧電型アクチュエータの低消費電力化を遂行して、一部電池を搭載した無策化ロボットの開発も行った。ただし、電池の形状が大きいことからロボットの全長が1cm程度のものとなった。さらに、低消費電力のアクチューエータに関しては電磁誘導式のものの検討を始めた。
2: おおむね順調に進展している
交付申請書に記載した平成26年度の計画は、①基本ニューラルネットワーク回路に関して実際にICを完成させる。②人工筋肉ワイヤー回転アクチュエータの低消費電力化を小型電池駆動ができるまで進める。③これらを組み合わせ、小型電池を搭載し無策化ロボットを実現する。④全長4mm程度のロボットの大きさとする。⑤シナプス加重の重み付けによる学習機能の発現などの高機能化を検討する。⑦積層圧電型素子とMEMSを組み合わせたインパクトアクチュエータの開発をする。⑧アクチュエータの回転数を200RPMとする。⑨圧電以外の低消費電力のアクチュエータを開発する。以上９項目であった。このうち①に関しては、実際にCMOSICを設計し、製造を外部ファンダリーに委託し入手した。当初の予定では人工筋肉ワイヤー用のものであったが圧電インパクトドライブ用のものも入手し、人工筋肉ワイヤー、圧電インパクトドライブの両方を駆動することができた。②については人工筋肉ワイヤーに電流制限抵抗を接続をすることによって電池駆動を実現した。③④に関しては電池駆動にはいたったがロボットのサイズが大きくなってしまった。⑤に関してはシナプス加重の変更によるネットワークの結合状態の制御を確認した。⑥に関してはアクチュエータの開発を終え、当初の予定よりも早く実際にロボットに搭載して歩行を実現した。⑧200RPMを達成した。⑨低消費電力アクチュエータとして電磁誘導型の開発に着手した。電池を搭載したロボットに関してそのサイズは目標に達していないが、一方で、圧電インパクトタイプで大きな進展があり、平成27年度に予定していた計画を前倒ししてロボットに搭載して、歩行を実現したので、おおむね順調に進展していると考える。
平成27年度は研究終了年度になるので、当初の目的を達成する。具体的には、①学習機能を持つニューラルネットワークを設計し外部ファンダリーを利用してICを入手する。②ベアチップICをロボットに搭載する③これらを組み合わせて当初の目的、全長４mm以下，無策化し、分速1mの歩行速度を実現するロボットの開発を行う。また、①の学習機能を持つニューラルネットワークICの効力を発揮するために何らかのセンサーをマイクロロボットに搭載して、外部出力に応じたセンサーの出力を利用してニューラルネットワークの学習を進めてゆく。以上の成果を論文誌、国際学会等で発表することによって、世界に広く発信をする。また、実際の昆虫等の群れにロボットを投入し、これを観察することによって、たとえば、ロボットが昆虫に与える影響等を観察し、産業応用を含めた次の段階への準備を進める。
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