【研究領域課題番号】22K12835 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シミュレーション / ロボット / 小児外科 / 操作性評価

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】脳神経外科学

【研究領域課題番号】24592177 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Microsurgery / Skill / Assessment / Engineering / Strength / motion analysis / visual assessment / tarining / Skill assessment / Simulation / Intracranial aneurysm / anastomosis / engineering / aneurysm / 医工連携 / 微小外科 / ロボット / 自動化 / 脳神経外科 / 微小外科手術 / 技術評価 / ロボティクス / ナビゲーション / 力センサー / 加速度

【研究成果の概要】

外科領域では術者の技術レベルが治療の成果に大きく関与する。脳神経外科や形成外科、眼科、耳鼻科、整形外科など微細な手術を行う外科領域で行われる微細外科手技（マイクロサージェリー）はその技術レベルの評価が困難であった。従来は観察による評価が主体であり、また外科技術の教育も見て学ぶことが主流となっていた。近年工学技術の進歩により様々な動作を工学的技術を用いて客観的に評価し記録することが可能となった。そこで本研究では工学系の技術を用いて微小外科の手技を客観的に評価しすることのできるシステムを確立した。さらに将来の技術トレーニングに生かす方法を確立することを目指した．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】23360111 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

歩行 / 踏破性・頑健性 / 筋骨格・神経機構 / ヒト / サル / ラット / ロボット / シミュレーション / 踏破性 / 頑健性

【研究成果の概要】

脳・身体・環境の相互作用から生み出される歩行の高度踏破性及び頑健性を実現するための筋骨格・神経機構の解明を目指し，ヒト・サル・ラットを対象に，計測データから運動機能を明らかにする解析的研究と，神経筋骨格モデルやロボットを用いて機能的役割を明らかにする構成論的研究を行った．その結果，ヒト運動解析では，位相応答曲線を同定して位相調整機構を明らかにし，サル運動解析では，４足・２足歩行での一次・補足運動野の寄与，ラット運動解析では，障害物跨ぎ越し歩行での小脳皮質の寄与を明らかにした．構成論的研究では，ラット神経筋骨格モデルや２脚ロボットを用いて，高度踏破性・頑健性に寄与する神経制御系の役割を検証した．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】知覚情報処理・知能ロボティクス

【研究領域課題番号】19700190 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

モーションプランニング / シミュレーション / ロボット / 制御 / 安定性

【研究成果の概要】

本研究では,環境・機構・制御をあわせたシステム全体を安定にシミュレーション可能な超高速ロボットシミュレータを構築する.PD コントローラのLCP への組み込みと自由度削減法によるシミュレーションの統合が実現し,従来の10 倍程度の大きな時間刻みでも安定に機構と制御のシミュレーションを行うことができる動力学シミュレータを構築することができた.また,構築したシミュレータを用いて,四足ロボットモデルのシミュレーションを行ったところ,リアルタイムシミュレーションが可能なことが確かめられた.

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,680千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 480千円)

【研究分野】病態科学系歯学・歯科放射線学

【研究領域課題番号】19592189 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

医療・福祉 / 嚥下障害 / 誤嚥 / ロボット / シミュレーション / 食品 / 面像診断 / 放射線 / 画像診断

【研究成果の概要】

舌,下顎,咽頭腔を備えたロボットによるビデオ嚥下造影検査(VFSS)シミュレーションをおこなった。開発したロボットは,生体の舌や下顎の筋肉の走行に倣って配列したワイヤ(16自由度)により駆動される。ロボットにより口腔咽頭における液体および食物の輸送をおこない,VFSS画像にて観察した。その結果,生体における嚥下時の下顎や舌の運動を,ロボットにより再現する事ができた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】知能情報学

【研究領域課題番号】14658099 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ロボット / 身体性 / 創発 / 適応 / カオス / ダイナミクス / シミュレーション / 行動創発 / 秩序状態 / 環境相互作用 / アトラクタ / カオス結合系

【研究成果の概要】

本研究は,多自由度の身体を相互作用場とする大域カオス結合系を用い,秩序状態の発生・変化と身体・環境の状態との関連性を実験的に解明することで,行動の創発における身体性の情報論的意味を明らかにすることを目的とする.
上記の目的に向けて、今年度は以下の研究成果をあげた。
1.筋骨格系身体モデルと動作シミュレーション環境の構築・改良:筋肉モデルと骨格モデルを実装し、筋肉駆動関節モデル、および、多脚虫型モデルを構築し、それらが物理法則に従って動作する環境を完成した。また、身体性の変化と環境の変化による効果を実験するために、身体モデルの各種バリエーション、および環境構造の変更機能を実装した。
2.カオス結合系と筋骨格系の結合定数の実験的決定:上記シミュレーション環境を用いて、カオス結合系との接続動作実験を行い、結合定数を系統的に変化させ、振る舞いを評価した。これにより、結合定数の値を具体的に決定した。有意味な振る舞いは、結合定数にさほど敏感でなく、比較的安定に発生することが明らかになった。
3.行動創発・適応実験:上記の系が、身体・環境ダイナミクスの特性に従い、コンシステントな運動を自発的に発見・生成することを実験的に確認した。また、系のパラメータを系統的に変化させ、系のダイナミクスの状態の分布を明らかにした。さらに、身体構造の部分的変更や、障害物の出現・消滅、などの身体性変化に対する適応性も確認した。
以上の成果により、この新たな運動創発パラダイムが原理的には有効であることを確認し、その適応能力を実験的に示した。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】13450100 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電場応答性高分子 / ゲル / ロボット / シミュレーション / 形状 / 設計 / 運動 / 制御 / 柔軟 / 変形 / モデル

【研究成果の概要】

本研究で得られた研究成果は次の通りである。
1.大変形するゲルロボットの形状設計手法
変形の特異性を実現するために、表面に微細な凹凸を持つ平板状の型を作り、型にゲル材料を流し込んで表面にひだをもつゲル成型する手法を確立した。表面にひだをつけたゲルは、伸張する面のひだの方向に沿って曲がりやすくなり、変形の方向性を形状により設計可能となることを明らかにした。
2.電界制御による変形予測モデルの構築
ゲルの持つ能動的および受動的な変形特性をモデリングする手法を提案し、この手法に基づいてシミュレータを実装し、アレイ状電極裟置により生成する2次元空間分布電場内におけるゲルの変形シミュレーションを行った。電場を適切なタイミングで平行移動することにより、ダイナミックな運動を生成することができることを明らかにした。
3.ゲル連続体の形状を制御する電場制御システムの開発
大変形を生じる駆動電場の条件を明らかにするために、電場の空間分布を制御可能な多電極駆動装置を開発し、空間分布を少しずつ変化させた場合の変形応答性を詳細に計測し、シミュレーション結果と比較し、モデルの正当性を検証した。
4.軟体動物状ゲルロボットの変形と運動制御の実現
総合実験として、触手状ゲルの巻きつき運動生成実験、およびヒトデ型ゲルロボットの表裏反転運動制御実験を行い成功した。長さ24[mm]の触手状ゲルが直径4[mm]のスペーサを一周巻きつけるのに180[s]、直径15[mm]のヒトデ型ゲルロボットが反転するのに50-60[s]を要した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】12,600千円 (直接経費: 12,600千円)

【研究分野】機械力学・制御

【研究領域課題番号】13450091 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

構造最適設計 / 構造動力学 / トンボの羽構造 / 計量高剛性設計 / 精密有限要素モデル / 非線形最適化 / 制振制御 / コンロッド / 軽量高剛性設計 / 機械力学 / 最適設計法 / 振動制御 / 騒音制御 / 自動有限要素モデル作成法 / 進化型自動構造最適化 / 構造動特性 / 有限要素法 / シミュレーション / 運動制御 / トンボの羽 / ロボット

【研究成果の概要】

まず,進化型構造最適化アルゴリズムの構造動力学的最適化への理論拡張を行った.その妥当性を検証するために,プログラムシステムを構築して,いくつかの基礎的適用対象物に加えて,あるエンジンのクランクシャフト・コンロッド・ピストン機構の中のコンロッドについて最適設計を行った.強度,剛性および共振回避のための高固有振動数をすべて適切に確保しながら軽量化設計を行う最適化解を得た.研究上作成したプログラムの発展を図ることで第三者使用に耐え得る汎用プログラム開発の見通しもつけられた.
宇宙空間構造物設計への示唆などを与えられることなどを工学的動機としてのトンボの羽の構造動力学的研究については,実際の羽(アキアカネ)の精密観察を行い,その観察と計測と昨年度のモデル化研究で得られた知見とを利用して,さらに精密なモデル作成を行った.具体的には網脈座標と寸法の精密化および羽のそりもモデル化に組み込むことで,実験によって得られる実際の羽の動特性と良く一致する特性を有するモデルが構築できた.網脈の模様についての最適化視点からの考察も行ったが,この点については明確な解釈を得る結果は得られなかった.
制御に関する研究としては,制御理論の整理は騒音制御理論も含めて行い,騒音低減化のための構造最適化としての薄板構造の折り曲げや押し出し変形による構造最適化と制振静粛制御法の研究を行った.
最新の成果についての公表は平成16年度に開催の国際会議での発表も含めて計画立てている.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】15,200千円 (直接経費: 15,200千円)