2002 Fiscal Year Annual Research Report

ヒューマノイドブレインにおける体性感覚野と運動野の自己組織化に関する研究

Research Project

Project/Area Number	14019023
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	國吉康夫東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助教授 (10333444)
Keywords	体性感覚 / ヒューマノイド / トポグラフィック・マップ / 主成分分析 / Gaborフィルタ / 形状認識 / 行動文脈 / 自己組織化
Research Abstract	身体性由来の感覚運動情報構造の探索・獲得・利用に向けて、本年度は、人間型身体のシミュレーションに基づく体性感覚運動情報の構造抽出、視覚的物体識別情報の固有基底抽出、行動文脈情報カテゴリの自己組織化学習、全身行動実験用ヒューマノイドロボット制御システム構築の成果をあげた。これらにより、自律的に身体性情報を発見・獲得し新奇な行動概念を獲得するロボットに向けた要素技術の主要部分が構築された。 (1)体性感覚運動情報の構造抽出:人体シミュレーションモデルの表面に220個の触覚センサを設定し、ランダム全身運動を行わせ、体性感覚情報として220次元×10万ステップの時系列データを得た。相関構造解析により、人体のトポロジに対応したTopographic mapが生成された。 (2)脳型物体識別処理モデル:脳の側頭葉TE野の物体認識機能のモデル化を試みた。TE野では物体形状の基本要素ごとに分解した情報表現がある。これを基底関数の考え方でモデル化した。視覚画像を、V1に相当するGaborフィルタ群を通し、画素特徴ベクトルを生成する。次に、特殊な受容野配置によりこれを集約し、180次元の画像特徴ベクトルを生成する。これに主成分分析を適用し第5主成分までを用いて基底を定めた。手認識に応用し、学習時に未経験の背景、明暗・移動・変形等の変動にもロバストに形状認識が行えることを確認した。 (3)行動文脈カテゴリ自己組織化:非単調ニューラルネットと自己組織化学習と統合することにより、文脈情報カテゴリの自己組織化学習を行うモデルを構築した。モデルは、森田らによる非単調ニューロンを用いた強力な時系列学習ニューラルネットに、Kohonen型の自己組織化機構を融合したものである。これにより、時系列パターンのカテゴリ化学習と時系列予測機能が実現された。 (4)ヒューマノイドロボット行動制御システム:従来の通常のロボットシステムとは全く異なる独自の体内分散制御系により、通常より1桁以上高速な10kHz以上の全軸ソフトウェア電流サーボシステムを構築した。全関節の出力トルクを統合同期制御することができ、環境になじみつつダイナミックな動作を生成することができる。視覚系との統合にも着手し、実時間で人間の両腕動作を認識し、これに対応する動作を生成することで見真似機能を実現した。生成する動作は従来型の位置制御ではなく、出力トルク制御により重力とのバランスを保つ方式とした。これにより、非常に人間の動作に近い滑らかな運動を実現した。

Research Products

(13 results)

All Other

All Publications (13 results)

[Publications] A.Nagakubo, Y.Kuniyoshi, G.Cheng: "The ETL-Humanoid System --A High-Performance Full Body Humanoid System for Versatile Real World Interaction"Advanced Robotics. vol.17.no.2. (2003)
[Publications] T.Yamamoto, Y.Kuniyoshi: "Stability and Controllability in a Rising Motion : A Global Dynamics Approach"Proc.of 2002 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and systems(IROS2002). 2467-2472 (2002)
[Publications] K.Okada, Y.Kino, F.Kanehiro, Y.Kuniyoshi, M.Inaba, H.Inoue: "Rapid Development System for Humanoid Vision-based Behaviors with Real-Virtual Common Interface"Proc.of 2002 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and systems(IROS2002). 2515-2520 (2002)
[Publications] Y.Kuniyoshi, M.Shimozaki: "A Self-Organizing Neural Model for Context-Based Action Recognition"Proc.IEEE EMBS Conf.on Neural Engineering. 発表予定(2003年3月). (2003)
[Publications] Y.Kuniyoshi, Y.Yorozu, M.Inaba, H.Inoue: "From Visuo-Motor Self Learning to Early Imitation --A Neural Architecture for Humanoid Learning"Proc.IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation. 発表予定(2003年5月). (2003)
[Publications] Y.Kuniyoshi, Y.Yorozu, Y.Ohmura, T.Otani, T.Yamamoto: "From Humanoid Embodiment to Theory of Mind"Proc.of First Int'l Workshop on Man-Machine Symbiotic Systems. 293-310 (2002)
[Publications] 大谷卓也, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "視覚情報の特徴学習による形状識別に関する研究"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 1A26 (2002)
[Publications] 下崎守朗, 國芳康夫: "記憶に基づいた時系列パターン予測を行うニューラル・ネットワークモデル"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H15 (2002)
[Publications] 鈴木真介, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "時系列記憶に基づく視覚的注意の切り替え"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H14 (2002)
[Publications] 深野亮, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "模倣学習を目的としたロボットハンドの開発"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3E23 (2002)
[Publications] 福本康隆, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "物体操作行為の文脈主導型認識と遂行"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H12 (2002)
[Publications] 米倉将吾, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "情動を伴う知覚のカテゴリー化に関するモデル"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H11 (2002)
[Publications] 國吉康夫: "AI辞典第2版 (「模倣」および「環境との相互作用」の項目)"共立出版. 4 (2003)

2002 Fiscal Year Annual Research Report

ヒューマノイドブレインにおける体性感覚野と運動野の自己組織化に関する研究

Principal Investigator

國吉 康夫 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助教授 (10333444)

Research Products

[Publications] A.Nagakubo, Y.Kuniyoshi, G.Cheng: "The ETL-Humanoid System --A High-Performance Full Body Humanoid System for Versatile Real World Interaction"Advanced Robotics. vol.17.no.2. (2003)

[Publications] T.Yamamoto, Y.Kuniyoshi: "Stability and Controllability in a Rising Motion : A Global Dynamics Approach"Proc.of 2002 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and systems(IROS2002). 2467-2472 (2002)

[Publications] K.Okada, Y.Kino, F.Kanehiro, Y.Kuniyoshi, M.Inaba, H.Inoue: "Rapid Development System for Humanoid Vision-based Behaviors with Real-Virtual Common Interface"Proc.of 2002 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and systems(IROS2002). 2515-2520 (2002)

[Publications] Y.Kuniyoshi, M.Shimozaki: "A Self-Organizing Neural Model for Context-Based Action Recognition"Proc.IEEE EMBS Conf.on Neural Engineering. 発表予定(2003年3月). (2003)

[Publications] Y.Kuniyoshi, Y.Yorozu, M.Inaba, H.Inoue: "From Visuo-Motor Self Learning to Early Imitation --A Neural Architecture for Humanoid Learning"Proc.IEEE Int.Conf.on Robotics and Automation. 発表予定(2003年5月). (2003)

[Publications] Y.Kuniyoshi, Y.Yorozu, Y.Ohmura, T.Otani, T.Yamamoto: "From Humanoid Embodiment to Theory of Mind"Proc.of First Int'l Workshop on Man-Machine Symbiotic Systems. 293-310 (2002)

[Publications] 大谷 卓也, 國吉 康夫, 稲葉 雅幸, 井上 博允: "視覚情報の特徴学習による形状識別に関する研究"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 1A26 (2002)

[Publications] 下崎 守朗, 國芳 康夫: "記憶に基づいた時系列パターン予測を行うニューラル・ネットワークモデル"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H15 (2002)

[Publications] 鈴木 真介, 國吉 康夫, 稲葉 雅幸, 井上 博允: "時系列記憶に基づく視覚的注意の切り替え"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H14 (2002)

[Publications] 深野 亮, 國吉 康夫, 稲葉 雅幸, 井上 博允: "模倣学習を目的としたロボットハンドの開発"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3E23 (2002)

[Publications] 福本 康隆, 國吉 康夫, 稲葉 雅幸, 井上 博允: "物体操作行為の文脈主導型認識と遂行"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H12 (2002)

[Publications] 米倉 将吾, 國吉 康夫, 稲葉 雅幸, 井上 博允: "情動を伴う知覚のカテゴリー化に関するモデル"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H11 (2002)

[Publications] 國吉康夫: "AI辞典 第2版 (「模倣」および「環境との相互作用」の項目)"共立出版. 4 (2003)

國吉康夫東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助教授 (10333444)

[Publications] 大谷卓也, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "視覚情報の特徴学習による形状識別に関する研究"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 1A26 (2002)

[Publications] 下崎守朗, 國芳康夫: "記憶に基づいた時系列パターン予測を行うニューラル・ネットワークモデル"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H15 (2002)

[Publications] 鈴木真介, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "時系列記憶に基づく視覚的注意の切り替え"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H14 (2002)

[Publications] 深野亮, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "模倣学習を目的としたロボットハンドの開発"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3E23 (2002)

[Publications] 福本康隆, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "物体操作行為の文脈主導型認識と遂行"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H12 (2002)

[Publications] 米倉将吾, 國吉康夫, 稲葉雅幸, 井上博允: "情動を伴う知覚のカテゴリー化に関するモデル"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3H11 (2002)

[Publications] 國吉康夫: "AI辞典第2版 (「模倣」および「環境との相互作用」の項目)"共立出版. 4 (2003)