人の身体性を活かした社会に役立つAIロボット

脳活動やモーションを用いた手術支援ロボットの人間中心設計

医師がロボットを手術の道具として使用し、遠隔で操作するロボット手術が普及しています。

本研究では、医師が直感的に操作できる手術支援ロボットを開発するため、仮想空間（VR）でロボットを模擬し、操作時のモーションや脳活動を確率的に解析することで、ロボットの構造や制御を設計する手法を研究しています。脳活動は、「道具の身体化」と呼ばれる認知的メカニズムを利用して、ロボットを自身の身体のように動かす度合いを定量化しています。設計においては、縫合精度やモーション、脳活動など複数の指標を満足化するような最適化を行っています。

ブレイン・マシン・インタフェースを用いたリハビリテーション

「考えただけでモノが動く」-そんな夢のような技術が実現しつつあります。ブレインマシンインタフェースと呼ばれる技術です。四肢が動かない麻痺患者などのリハビリテーションやコミュニケーション方法として期待されています。

本研究では、頭皮の表面の電位から人の思考を推定し、考えたタイミングで腕の表面から微弱な電気刺激を与えるシステムを開発しています。人の思考推定技術として、AIを用いて意図したタイミングを脳波から読み取っています。外部からの電気刺激は神経を通って、人の手足を屈曲や伸展させることができます。

手指密着型キーボード

片麻痺などの症状が発症すると、重症度によっては手指を素早く動かせず、キーボードのタイピングの速度や精度が低下してしまう場合があります。

本研究では、人の手のアーチに沿った形状のキーボードを開発し、僅かな手指の動きでも検知して入力可能な手指密着型キーボードを開発しています。手指の動きによる構造決定やAIを用いた入力識別を行っています。

深層学習とARを活用した手術支援

AI技術（ディープ・ラーニングなど）を活用した手術支援技術を開発しています。内視鏡外科手術において、画像内の医療用鉗子や針をリアルアイムに識別し、AR（拡張現実）などで支援する技術です。右図の黄色い線がARで表示された臓器内に刺入している針を示しています。

ARによる錯覚を用いた転倒防止

拡張現実（AR）で階段に縞模様を表示して錯覚を引き起こすことで、階段で転倒しないように足の軌道を誘導します。

階段を登る時は縦線の縞模様で実際よりも階段の高さを高く感じさせて足の上げ幅を上昇させます。階段を降りる時は横線の縞模様で実際よりも段の幅を狭く感じさせて足の接地位置を滑りにくい位置に誘導します。

直感的な遠隔操作ロボット用インタフェース

世の中には様々な種類のロボットがありますが、人間の身体とは異なる構造や形態（身体性の違い）をしているため、直感的な操作が困難な場合があります。

本研究では、ヒトがロボットを直接掴むような操作感を実現する独自のインタフェースを開発しています。構造設計やAI識別を用いた制御などを研究しています。内視鏡やドローン、建設機械、ロボットアームなどに用いられています。特にこのコントローラはロボットや乗り物の速度制御を直感的に操作できます。

ロボットアームの直感的な操作

ロボットアームの遠隔操作は複雑で未知な環境に対応するために広く求められています。しかし、初心者には操作が難しいために、誰でも直感的に操作できる方法が必要です。我々が独自に開発したコントローラを用いれば、誰でも直感的に多自由度なロボットアームを操作できます。産業や一般生活などの様々なタスクに広く適用できます。

内視鏡の直感的な操作

内視鏡やカテーテルなどの細長い連続体を直感的に操作する研究をしています。それらの連続体は初心者には操作が難しい場合が多いのですが、当研究室の開発したコントローラを用いるなど、直感的な遠隔操作を研究しています。

建設機械の直感的な操作

建設機械は多自由度で独特な操作をする必要があるため、初心者には操作が難しいです。例えばショベルカーでは、当研究室が開発したコントローラを用いれば、動作と操作の直感的な対応関係を保ちながら遠隔で安全に動かせます。

ドローンの直感的な操作

橋梁の点検や捜索などでドローンは幅広く期待され実証され始めていますが、初心者には操作が難しい場合が多いです。前後、左右、上下、旋回、立体的で多自由度な操作が求められるためです。特に、ドローン本体を直接視認せず、ドローンのカメラ越しに環境を把握する視野外飛行では操作者のスキルが求められています。本研究では、独自のコントローラなどを用いてドローンを誰でも直感的に操作する手法について研究しています。