研究の技術や工学系Tisp,その他研究上必要になった情報のメモを載せています.

アンドロイドの機械性能評価

アンドロイドロボットを高機能化しようと,様々な内部機構や皮膚の構成が検討されています.しかし,各種構成によって結局どのくらい良いアンドロイドができたのかを測るための統一的・客観的な評価指標がないため,多種のアンドロイドとの比較検討がなく,乱立気味です.アンドロイドの開発競争が効果的に行われるようにするためには,どのような構成のアンドロイドであっても適用可能でありながら,具体的な特性の良し悪しを定量的に把握できる評価指標が必要です.そこで,アンドロイドの機械性能評価を行うための方法を研究しています. 顔皮膚表面の操りやすさの定量評価(2018年) アンドロイドの顔は主に,表面の柔軟被覆,被覆を支える外殻,外殻内部に収められた駆動機構の3層構造になっています.駆動機構が発揮する力が何らかの駆動力伝達方式によって外殻を経由して柔軟被覆を変形させるという仕組みです.1つのアンドロイドの顔でも,多種の表情を作り出すための多くの駆動機構が内蔵されています. アンドロイドによって素材・形状・構造・方式は様々ですが,一般に,駆動機構の動きと被覆表面の動きの関係はかなり複雑です.たとえば,駆動機構を少し動かしただけでは被覆の表面はほとんど動きません.被覆は非常に柔らかいので,被覆の内面付近だけが変形して,力が被覆表面にまで伝わらないからです.また,被覆表面が動いたとしても,駆動機構の動きに対してどのように追従するかは,被覆の場所によって様々です.たとえば,外殻との摩擦が強い部分はなかなか追従して動きません. このように,アンドロイドの顔の被覆は非常に操りにくいにも関わらず,その「操りにくさ」を定量化する方法はありませんでした.定量化されていなければ,改善点も特定できず,また上手く操るための対策も打てません.そこで,特定のパターンで駆動機構を1つずつ動かした際に,アンドロイドの顔皮膚表面がどのように追従するかをモーションキャプチャ装置で精密計測し,各駆動機構ごとに,被覆の追従特性を分析しました. 結果として,「①敏感性:機構の小さな動きに対して皮膚がどれだけ敏感に動くか」「➁ヒステリシス性:機構の動きの向きによって皮膚の追従性がどれだけ変わるか」「③非同期性:皮膚の追従の仕方が皮膚の位置によってどれだけ異なるか」という3つの特性値で,各機構ごとに皮膚の操りにくさの違いをうまく説明できることがわかりました. この特性値を駆動機構ごとに把握し,3次元にプロットすることで,「皮膚の操りやすさ」という観点でどの機構がどれだけ他より優れているかを簡単に確認することができます.これで,あるアンドロイドの顔を効果的に改善するために,優先して改善すべき機構とその特性を絞りこむことができます.また,他のアンドロイドであっても,同じ方法で特性値を得ることができるため,「こちらのアンドロイドの方が,全体的にあのアンドロイドより操りやすい」といったような議論が可能になります. 関連文献 Hisashi Ishihara, Binyi Wu, Minoru Asada. Identification and evaluation of the face system of a child android robot Affetto for surface motion design. Frontiers in Robotics and AI, 2018. (Submitted on Apr. 24 2018. Accepted on Sep. 25, 2018. )

アンドロイド皮膚による高難度手術手技評価

 アンドロイドの皮膚用途として開発してきた肉厚柔軟な触覚センサの応用研究として,腹腔鏡手術の縫合結紮(縫って結び留める操作)と呼ばれる手技の定量的評価法の確立に向けた研究を進めています. 3軸力覚センサ機能を備えるアンドロイド皮膚を患部に見立て,腹腔鏡手術のトレーニングに用いられる器具で縫合結紮操作を行います.すると,その操作が縫合結紮部に与える3軸方向の力を時系列データとして取得できます.医師の操作の癖や滑らかさなどが時系列データのどのような特徴量に反映されるかを解析することで,熟練度評価指標に使える特徴量を探します.この研究は,自治医科大学メディカルシミュレーションセンターの川平洋教授,東京医科歯科大学の中村亮一教授,阪大基礎工学研究科の川節拓実助教,堀井隆斗助教との共同研究です. 時系列データからの操作工程の分割(2018-2019) 腹腔鏡手術の経験を有する3名の医師の方にそれぞれ10回,縫合結紮を実施していただいた際の3軸力時系列データを取得しました.時系列データには,針を刺して糸を通す操作(針刺し操作)と,糸を結ぶ操作に対応する明らかな変化の山だけでなく,誤って器具が患部に触れたり,針を刺し損ねたりする操作も反映されており,感度の良さを確認できました.さらに,針刺し操作の区間データの変動の形から,この操作は「針先端の刺しこみ」「針の向きの調整」「針の貫通」「針の引き抜き」という4つの工程から成ることが伺えました.そして,とくに「針の向きの調整」という工程での操作には,医師毎の癖がよく表れている様子がみられました.このデータ取得に際しては,大阪大学医学系研究科の中島清一教授のご協力をいただきました. 関連文献 Kohei Fukuda, Takumi Kawasetsu, Hisashi Ishihara, Takato Horii, Ryoichi Nakamura, Hiroshi Kawahira, Minoru Asada. Measurement of Three-Dimensional Force Applied to Elastic Suture Training Pads for Laparoscopic Suturing. 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC). Germany, 27 Jun. 2019. 福田康平.縫合可能な柔軟触覚センサを用いた 内視鏡下手術手技の定量化と特徴分析.大阪大学大学院工学研究科知能・機能創成工学専攻 修士論文.2020.

顔皮膚の動きの精密計測

人もアンドロイドも,柔軟な皮膚素材を変形させることで様々な表情をつくりだします.このような変形方式によるアンドロイドの表情を洗練していくためには,「人の顔皮膚はどのように骨格上を流れ,変形しているのか」を把握したうえで,「アンドロイドの顔皮膚の流れや変形は人とどう違うのか」を詳しく突き止めて効果的な修正を施す必要があります.そこで,光学式のモーションキャプチャ装置を用いた皮膚運動の高密度計測と特徴解析を実施しています. 関連文献 Ishihara H, Iwanaga S and Asada M (2021) Comparison Between the Facial Flow Lines of Androids and Humans. Front. Robot. AI 8:540193. doi: 10.3389/frobt.2021.540193 三須龍,石原尚,土井祐介,永島壮,中谷彰宏.主ひずみ分布推定を用いたアンドロイドと人の表情解析.電気学会知覚情報研究会. オンライン.2021.3.7. 三須龍,石原尚,土井祐介,永島壮,中谷彰宏.アンドロイド開発のための人顔面右側部の様々な動作に対するひずみ分布推定.日本機械学会関西学生会. 京都府京田辺市(オンライン).2020.3.10. Hisashi Ishihara, Nobuyuki Ota, and Minoru Asada. Derivation of simple rules for complex flow vector fields on the lower part of the human face for robot face design. Bioinspiration&Biomimetics. 13, 015002, 2017. (2016 Impact Factor 2.939. Submitted on Apr. 24 2017. First dicision on Sep....

取り組み中のテーマ一覧

①アンドロイド・ハードウェア開発 人の体のように表現力や感知力に優れ、また触れ合いやすい身体ハードウェアデバイスの設計・製造を実施しています。頭部から脚部までの機構設計や柔軟皮膚実装、さらには皮膚の触覚センサ化・ディスプレイ化にも取り組み、その特性解析や機械性能評価を行っています。 テーマ しなやかに動作する小型アンドロイドの上半身骨格機構の開発(代表論文へのリンク) 高感度で高耐久の肉厚柔軟な触覚センサの開発(代表論文) アンドロイドの顔の革新設計に向けた機械性能評価と変形制御(代表論文) 接触反応実験に向けた人型骨格と触覚を備える小型のアンドロイドハンドの開発 アンドロイドの顔の効率設計のための人顔面皮膚の変形計測・解析(代表論文) ➁アンドロイド・制御ソフトウェア開発 開発した身体デバイス群の潜在的な性能を発揮させ、人との各種触れ合い実験ができるようなアンドロイド身体制御ソフトウェア群を開発しています。人に狙い通りの感情的情報を与えられるように、各種センサ入力に応じた多彩な表情を生成・管理する頭部コントローラや、遠隔操作用GUIなどを開発しています。 テーマ 多様な表情を柔軟に生成するアンドロイド表情の制御器の実装(代表論文) 子供型アンドロイドの開発コンセプトと展望(代表論文) 期待や認知のバイアスを含む人の模倣を利用したロボットの学習アルゴリズム(代表論文) 人とロボットの愛着形成実験に向けた階層的情動制御アルゴリズムの動作特性分析 ➂アンドロイドの対人影響解析 開発したアンドロイドが人にどのように作用するかを明らかにする実験を実施しています.ハード・ソフトウェアの仕様や設定を変えた場合に印象や人の反応がどのように変わるかを解析することで、所望の印象を与え、反応を引き出すための適切な設計や制御の方法を探っています。 テーマ ロボット表面の触り心地の違いがもたらす性格印象変容の心理実験解析(代表論文) 子供型アンドロイドの開発コンセプトと展望(代表論文) 子供アンドロイドとの触れ合いにおける人の発話変容の音響解析(代表論文) ➃アンドロイド技術の転用 アンドロイドロボットの開発・評価を通じて得られた特徴的な技術を,医療・福祉分野等,他の用途へ転用して新たな価値を生み出すことを狙っています。アンドロイド用に開発した触覚付き皮膚を高難度手術の技能評価に用いたり、人工物との接触面で生じる皮膚への負担の可視化に用いる研究を進めています。 テーマ 縫合結紮可能な肉厚柔軟触覚センサによる腹腔鏡手術の技能評価(代表論文) 接触面における三次元皮膚負担を推定可能なセンサシートの事業化検証(関連サイト) 安全で高精度の触覚センサを備える子守デバイスの開発と事業化検証

原著論文及び解説・意見論文

採録となった原著論文及び解説・意見論文のリストです. 原著論文 Hisashi Ishihara, Yuichiro Yoshikawa, Katsushi Miura and Minoru Asada. How caregiver’s anticipation shapes infant’s vowel through mutual imitation? IEEE Transactions on Autonomous Mental Development, Volume 1(4), pp. 217-225, 2009. (Impact Factor 1.638) 石原尚,若狭みゆき,吉川雄一郎,浅田稔.乳児母音発達を誘導する自己鏡映的親行動の構成論的検討.認知科学, Volume 18(1), pp.100–113, 2011. (Submitted on Sep. 2, 2010. First Decision on Oct. 12, 2010, Accepted on Dec. 22, 2010.) Hisashi Ishihara and Minoru Asada. Design of a 22 DOF pneumatically-actuated upper body for a child android ‘Affetto’, Advanced Robotics....

学会発表

査読付き及び査読なしの学会発表のリストです. 査読付き会議 Hisashi Ishihara, Yuichiro Yoshikawa, Katsushi Miura, and Minoru Asada. Caregiver’s Sensorimotor Magnets Lead Infant’s Vowel Acquisition through Auto Mirroring. Proceedings of the IEEE 7th Int’l Conf. on Development and Learning, Vol.CD-ROM, 2008. Hisashi Ishihara, Yuichiro Yoshikawa, and Minoru Asada. Caregiver’s Auto-mirroring and Infant’s articulatory Development Enable Sharing Vowels. Proceedings of the Ninth Int’l Conf. on Epigenetic Robotics, 2009. 石原尚,若狭みゆき,吉川雄一郎,浅田稔.乳児母音発達における親の期待の持つ誘導的効果: 発達シミュレーション及び音声模倣実験による検討.日本認知科学会第27回大会抄録集O3-3,2010.大会発表賞受賞 Hisashi Ishihara, Yuichiro Yoshikawa, and Minoru Asada. Realistic Child Robot “Affetto” for Understanding...

招待講演

招待講演(研究成果紹介)のリストです. 招待講演 石原尚.養育者の自己鏡映と乳児の構音発達が可能にする母音共有. GCOE 認知脳理解に基づく未来工学創成第4回創成塾, 2010. Hisashi Ishihara. Constructive investigation on caregiver’s anticipation for infant vowel development: a subject experiment, a computational simulation, and a new child robot, CITEC Bielefeld Workshop on Developmental Speech Recognition. 2011. 石原尚. 子の未熟な行為に対する養育者の好意的解釈が導く発達メカニズムの構成論的検討. 第23回日本発達心理学会大会委員会企画シンポジウム. 名古屋, 3月9日, 2012. 石原尚. 関係性発達メカニズムの理解とロボット応用に向けた愛着理論の計算モデル化と子供ロボット開発. 日本赤ちゃん学会第13回学術集会ラウンドテーブル, 福岡, 2013年6月2日. 石原尚. 写実型柔軟子供ロボットを用いたインタラクション実験の展望. 日本発達心理学会第25回大会ラウンドテーブル. 京都. 2014年3月22日. Hisashi Ishihara. Child-inspired robot “Affetto” to explore a functional body design for close interaction. IEEE RO-MAN workshop “From Temporal Interactions to Sustainable Relationships...

特許とメディア

特許リストとメディア記事のリストです. 特許 特許公開 2018-017536. 川節拓実, 堀井隆斗, 石原尚, 仲田好宏, 浅田稔, 細田耕, 宮下敬宏. 変形測定装置, 株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 出願日 2016年7月26日,公開日 2018年2月1日 特許公開 2019-540978. 川節拓実, 堀井隆斗, 石原尚.触覚センサ, 大阪大学, 出願日2018年9月5日,公開日 2020年10月15日 特許出願2019-007356.石原尚,川節拓実,堀井隆斗.情報処理装置、情報処理システム、およびセンサ装置,大阪大学,出願日2019年1月18日 メディア 最新のロボット研究について日本語と英語で紹介する著名ブログGetRobo BlogでAffettoの紹介記事(現在は閲覧が登録メンバーに限定されているが、上のIEEE SPECTRUMに転載).2011年2月7日 米国電気電子学会が編纂し38万人以上に閲覧される科学技術誌”IEEE SPECTRUM”でAffettoの顔の紹介記事(http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/meet-affetto).2011年2月8日 ロボットについて7ヶ国語で紹介する著名ブログPlasticpalsでAffettoの顔が開発されたとの記事(http://www.plasticpals.com/?p=26907).2011年2月9日 日経新聞関西版夕刊でAffettoが写真付で紹介.2011年5月26日 大阪大学機関紙「阪大NOW」でAffettoの機構が表紙を飾る.2012年4月1日 サンケイリビング新聞社の女性誌でAffettoの紹介記事.2012年4月17日 書籍「なるほど!赤ちゃん学」において,Affettoの紹介記事.2012年6月29日 Affettoの顔の動作のデモンストレーション動画がYoutube上で60万件以上の視聴回数に到達. 2012年7月 ロボットについて7ヶ国語で紹介する著名ブログPlasticPalsでAffettoの上半身が開発されたとの記事(http://www.plasticpals.com/?p=33739).2012年7月26日 フランスのLe Figaro紙で”Un bébé robot d’un réalisme troublant développé au Japon”として,またLe Monde紙で“Affeto, le robot qui ressemble à un bébé humain”としてAffettoの紹介記事.2012年8月21日 全世界で10万人以上の購読者を擁する科学月刊誌”Communications of the ACM”内でAffettoを紹介する記事が掲載され,表紙写真も飾る.2012年11月 岩波ジュニア新書「まねが育むヒトの心」でAffettoの紹介. 2012年11月12日 スイス・チューリヒで開催され延べ5000人以上が訪れた国際ロボット展示会Robots on TourでAffettoを招待展示. 2013年3月8-9日 国際ロボット展示会Robots on Tourにおいて欧州n-TV社,国際ビデオニュースメディアRuptly社及び欧州News and Pictures社に開発中の子供ロボットAffettoの取材を受け,展示の様子が放映. 2013年3月9日 「子ども酷似型ロボットAffetto」,開発したロボットが書籍内で紹介,講談社サイエンティフィク「絵でわかるロボットのしくみ」,2014年1月31日. 11.「The Human...

担当学生の学位論文数の年次推移と割当テーマ

これまでに研究指導に携わった学生さんの学位論文数の年次推移と,割り当てた研究テーマの一覧です. 担当した学生さんの学位論文の年次推移 下のグラフが年度ごとに提出した学位論文の数です.横軸が年度,縦軸が提出した学院論文の数(= 学生さんの数)です.ここ数年は毎年2,3人にテーマを割り振り,協力してもらっています. [visualizer id=”2611″] 担当学生の卒業・修士・博士論文 卒業論文 若狭みゆき.養育者の誘導的役割の理解に向けた自己鏡映バイアスの検証.卒業論文.大阪大学工学部.2010. 豊山翔平. エアシリンダを用いた幼児型ロボットの脚部開発. 卒業論文. 大阪大学工学部.2013. 杉浦誠. 眼輪部表情の観察に基づく大変形可能な多層式人工顔面皮膚の試作と評価. 卒業論文. 大阪大学工学部.2014. 横尾亮輔. 広い可動域を有する空気圧駆動の小型5自由度肩機構の開発. 卒業論文. 大阪大学工学部.2015. 太田信行. 顔ロボット開発に向けた口唇部周辺の複雑で広範な皮膚の流れ場のクラスタ分析. 卒業論文. 大阪大学工学部.2015. 山下裕基.柔軟被覆の触感の違いがロボット全体の印象評価に与える影響.卒業論文. 大阪大学工学部.2016. 森重貴司. 複雑な応答を示す磁気式柔軟触覚センサの触覚形状識別性能の評価. 卒業論文. 大阪大学工学部.2017. 福田康平. 腹腔鏡手術技評価のための縫合結紮トレーニングパッドの三軸力覚センサ化. 卒業論文. 大阪大学工学部.2018. 岩永真之. アンドロイドの表情評価のためのヒト表情表出に伴う顔皮膚変形の網羅的計測と特徴分析.卒業論文. 大阪大学工学部.2019. 朝山竜雅.褥瘡予防マットレスの皮膚負担低減性能評価のための曲面状柔軟触覚センサの特性把握.卒業論文. 大阪大学工学部.2019. 修士論文 池嶋彩香. 親の解釈により誘導される乳児発達メカニズムの解明に向けた表情認知バイアスの実験的検証. 修士論文. 大阪大学工学研究科.2011. 若狭みゆき. 子の階層的情動制御機構の発達に伴う養育者への愛着行動変容メカニズム. 修士論文. 大阪大学工学研究科.2012. 林里奈. リズムの引き込み現象を考慮した動作の模倣による印象評価への影響. 修士論文. 大阪大学工学研究科.2012. 豊山翔平. スライダクランク機構を用いた空気圧駆動による小型脚部機構の可動域向上. 修士論文.大阪大学工学研究科.2015. 仲田好宏.繊維強化ゲルによる非線形剛性を備えた生体摸倣型ロボット被覆の開発と評価.修士論文.大阪大学工学研究科.2016. 横尾亮輔. 連動した複数関節の周期的な運動の実現に向けた空気圧駆動10自由度脚ロボットの基本特性把握. 修士論文. 大阪大学工学研究科.2017. 太田信行. 顔ロボット設計に向けた人表情の3次元皮膚流れベクトル場の分析. 修士論文. 大阪大学工学研究科.2017. 山下裕基. ロボットの外観の違いを考慮した触感と性格印象の因果構造分析.修士論文. 大阪大学工学研究科.2018. 呉濱沂. 被覆表面変形解析を通じた アンドロイドロボット表情表出の機械性能評価と表面動作設計. 修士論文.大阪大学工学研究科.2018. 大喜多聡磨. 機敏かつ可動性に富む改変性の高いワイヤ駆動人型ロボットの全身機構設計. 修士論文....