ドローンを思い通りに動かす
さまざまな自動制御に挑戦

研究室で取り組んでいるテーマの一つが、ドローンの自動制御です。

ドローンが自ら位置を把握し目標地点に着陸させる研究では、ドローンに搭載したカメラによる視覚情報を利用。画像処理によって目標地と現在地の誤差を認識させ、移動距離や速度を決めます。

また、同様の仕組みを利用して、移動する物体をドローンに自動で追跡させる研究もあります。対象物中にある赤色の領域を認識させ、追跡対象までの距離が遠いと前進、距離が近いと後退させて衝突を避けながら追跡させるという原理です。

ドローンの操縦を簡単にする制御に取り組む学生もいます。赤い手袋をはめた手の動きで、離陸、着陸、左右への移動など自在にドローンを動かそうというもので、画像処理によってノイズを除去し、手の動きを正確に検出できるようにしています。

入退室システムやARデバイス…
ものづくりから学ぶ制御

また「あったら便利」の視点から、制御技術を統合し、組み上げてゆくものづくりにも挑戦しています。

2020年から続いたコロナ禍では、入退室管理システムを開発。このシステムには、室内が過密にならないよう、あらかじめ登録しておいた人の情報をカードリーダーで認証して開錠し、全員が退出した後に自動で消灯するといった機能があります。鍵の制御、電灯スイッチを動かすサーボモータの制御、機器間の通信制御などを統合しています。これは装置に行わせる動作とその順序を記憶させて、一連の動作を行わせるシーケンス制御という手法を学んで組み上げたシステムです。

さらに現実世界と仮想世界がより融合して見える新しいAR デバイスを製作する取り組みにも挑戦中。左目で現実世界を見つつ、右目の眼前に設置した小さなモニターで仮想世界を同時に見る仕掛け。顔の向きを変えても定位置に仮想世界が表示されるのではなく、本当に目の前に何かがいるように、顔の向きに応じた自然な表示をめざしているところもポイントです。

.リストバグのため

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左右のどちらの腕を動かす? 肘を何度曲げる?　
被験者の脳波から、その行動を高確度で予測！

脳は、思考や身体活動の多くを制御する役割を担っています。脳の神経活動に伴って計測される脳波は、一見すると、とてもランダムで複雑なため、その信号の意味を解読することはかなり困難です。

ところが近年、急速に進歩してきた機械学習の技術を利用することで、脳波からヒトの動作や意思を解読できるようになってきました。機械学習では、大量のデータをコンピュータが読み込んで学習することで、解読精度を飛躍的に向上させることができます。

月間研究室では、この機械学習を活用し、脳波からヒトの「動き」を予測するための実験に取り組んでいます。脳波キャップを被った被験者の腕の動きを予測するために、脳の運動野付近の電極からの脳波信号をコンピュータが機械学習し、学習を積み重ねることで、高確度での予測を実現しています。

釣り糸で作る、軽くて柔らかい
アクチュエータを開発

月間教授の研究室の名称は「アクチュエータ・磁気応用研究室」。その名のとおりアクチュエータに関する研究にも取り組んでいます。

アクチュエータとは、動きを生み出す装置のこと。たとえばモータはその代表例です。モータの内部は、鉄心に銅線を巻き付けたような構造で、銅線に電流を流すことで発生する磁界を利用して回転運動を生み出すアクチュエータです。

研究室では、既存のモータとは全く異なる新しいアクチュエータの開発も挑戦中。その材料は、なんと釣り糸。釣り糸を過剰にねじるだけでアクチュエータになります。このアクチュエータに熱を加えると縮み、冷えると伸びるため、熱を与えることで往復運動を生み出すことができます。モータと比べて、軽くて柔らかいため、人工筋肉としての応用が期待されています。

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