研究内容

研究室のスタンス

ロボットを賢くする方法は，ふつう「もっと良いコントローラを書く」ことだと考えられています． でも生きものを見ていると，どうもそうではないらしい． 昆虫の脳はとても小さく，一本一本の脚をリアルタイムに指令している余裕はありません． にもかかわらず，彼らは砂の上でも草の茂みでも壁でも，あっさり歩いてしまいます．

つまり，かしこさの一部は身体の側に埋め込まれている． 脚のかたち，筋のやわらかさ，地面から返ってくる力—— これらの相互作用が，コントローラの代わりに仕事をしている． この「身体がやっている計算」を取り出して理解し， ロボットの設計へ持ち帰るのが，私たちのやり方です．

そのため研究テーマは，虫の歩行計測から人工筋の試作， 不整地でロボットを走らせる実験まで，かなり幅があります． 解析だけでも，ものづくりだけでも足りない，というのが正直なところです．

01  生きものの歩き方を解剖する

コオロギ，バッタ，ムカデ，カニといった多脚の生きものを対象に， 高速度カメラやモーションキャプチャで歩行を計測し，脚間の協調がどう生まれるかを解析します．

具体的にやっていること

• コオロギ（Gryllus bimaculatus）の脚間協調メカニズムの解析．神経節どうしの上行・下行信号がリズムの維持にどう効いているかを，実験と位相振動子モデルの両面から検討しています．
• バッタが水平面・垂直面・天井面を歩くときの歩容の違いの解析．重力方向が変わると脚の役割分担がどう組み替わるのか．
• アリの大顎の超高速運動（トラップジョー）の画像計測と，そのラッチ機構のモデル化．
• 楕円形の膝関節がジャンプ性能に与える影響など，関節形状そのものが持つ機能の解析．

02  やわらかいアクチュエータをつくる

McKibben型空気圧人工筋（MPA）は，ゴムチューブを繊維スリーブで包んだだけの単純な構造で， 加圧すると縮んで力を出します．筋肉に似た非線形なばね特性を持つのが特徴で， この特性自体がロボットの運動を安定化させる——というのが長年の研究テーマです．

具体的にやっていること

• LT-PAM（Low-Cost and Tough Pneumatic Artificial Muscle）：入手しやすい材料で，安価かつ丈夫に作れる人工筋の設計．製作手順をオープンハードウェアとして公開しています．
• 小型ソレノイドバルブによる複数MPAの同時制御，動的量子化器を用いた長さ制御．
• 張力センサを人工筋に組み込み，センサレスに近い形で状態を推定する試み．
• 拮抗二関節筋における，張力フィードバックだけによる自律的な協調制御．
• 論理回路のアナロジーで空圧回路を設計する「電気を使わない制御」の検討．
• 弾性体を組み合わせてMPAに曲げ運動をさせる機構，カニ型ロボットの外骨格構造への埋め込み．

03  フィールドを走破する移動ロボット

整地された床で動くロボットは，もうたくさんあります． 問題は，土や瓦礫や斜面といった「決まった形をしていない場所」でどう動くか． 走破性をきちんと測る物差しづくりから，実機開発まで行っています．

具体的にやっていること

• 地形の空間周波数解析：不整地を正弦波状の地形に分解して捉え， 「どの空間周波数の凹凸に強い／弱いか」という形で移動ロボットの走破性を定量評価する手法．
• 陰的・陽的制御を組み合わせた水陸両用ムカデ型ロボットの開発．
• 災害対応を想定したモジュール型ロボットシステム．目的に応じて機能モジュールを組み替えます．
• 無限定環境での土砂搬送に向けた柔軟湾曲型コンベア，植物の根に着想を得た軟弱地盤用アンカーなど， 現場を意識した要素技術の開発．
• 転動ロボットの旋回運動解析といった，非ホロノミックな移動体の基礎研究．

04  脳がなくても歩けるのか

“Brainless Walking”——中枢のパターン生成器を持たない， 弱いアクチュエータを並べただけのロボットが，動物らしい歩容を自発的に見せる． この現象は，制御が身体側に「陰に」埋め込まれていることを端的に示しています．

具体的にやっていること

• アクチュエータ特性そのものから歩容が創発する条件の解析．拮抗構造における協調のモード分岐．
• 超分散型・超多脚の「無脳歩行ロボット」の試作．
• イモムシのような柔らかい個体が群れたときのロコモーション．
• Physical Reservoir Computing を使って，センサを増やさずに人工筋の状態を読み取る試み．