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東大駒場リサーチキャンパス公開:先端医療に3DプリンタやOculus活用。人の動き真似る災害用ロボ

Hirotaka Totsu
2014年6月23日, 午前11:30 in 3Dprinter
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2014年6月、東大駒場リサーチキャンパス公開が行われました。中学生・高校生を対象に、東京大学の駒場リサーチキャンパスで行なわれている研究を紹介する催しで、身近なテーマの実験や実習ワークショップなどが体験できます。

この中で3DプリンタやOculus Riftを先端医療に活用する研究や、災害時などに役立てる、人の動きをトレースするロボットの研究が披露されました。

Gallery: 東大駒場リサーチキャンパス公開 | 41 Photos

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3DプリンタやOculus Riftを先端医療に


訪れたのは、生産技術研究所の3Dプリンタやヘッドマウントディスプレイ Oculus Riftを活用して、予測医療のシミュレーションをする研究室。こちらの研究室では、医用画像から形状をモデリングして、模型や実験用構造物を造形しています。主に循環器系の血液や液滴が混在した混相流の可視化計測などについて紹介していました。



また今回の展示では、Oculusを利用して、脳動脈瘤の症例をわかりやすく来場者に紹介。説明員の案内で周囲の状況やどこに動脈瘤があるかというナビゲーションを経て、該当箇所にたどり着いた後は、視線を変更していろいろな方向から観察できるようになっていました。

3Dプリンタは、光造形方式のものを使用しており、血管のスキャンデータやモデリングデータから原型を作り出した後、シリコンで型を取り実験用の疑似血管を生産するのだそうです。



その血管を模した管の中に水などを流し、血流(血圧)によって壁面への圧力や流れる抵抗値を計測し、どの場所に動脈瘤が生じやすいか、動脈瘤がある場合、血流にどのような影響があるかなどを計測します。

このような技術は、動脈瘤破裂による脳内出血の予防や、治療薬を患部に到達させるための粒子サイズなどを決める際のデータなどに役立てているそうです。研究室では、デジタルホログラフィック顕微鏡を利用した三次元粒子画像流測定法によるデモンストレーションも披露していました。

人の動きをトレースするロボット

次に訪れたのは「人の行動を模倣するロボット」の展示。お絵描きロボットから始まったこの研究ですが、踊ったり、ひもを結んだりといったロボットを経て、人の動作を捉えそれをなぞった動きをするロボットへと開発が進んでいます。



そもそもの研究テーマは、人間が無意識に行っている行動を分解して機械(ロボット)の動作に反映させるというもの。開発初号機の「対象物を映像で捉えて、絵を描く」ロボットは、視覚情報を解析し輪郭を描くプロセスを再現するものでした。その際に、絵筆の動かしやすさを考慮し、上から下まで線を描いて筆を上げ、残りの線を再び上から下へと描いてゆくという人間が絵を描くのと同じ動作を行います。

踊りを踊るロボットは、人間と異なる関節、機構をもっているロボットが自然に踊れているように見えるにはどうしたら良いかを研究し、要所要所の決めポイントでポーズをとり、途中の動作を機械が再現できるよう省いて(成立するように調整して)しまう事でそれを実現したということです。

今回の展示では、それらの研究を活かしつつ、人間がとった動作をトレースし、ロボットの動きに反映させるというもの。映画『パシフィック・リム』のロボット操縦方法のように、操縦者が自ら動いてその動作をロボットに反映させる方式です。具体的には、操縦者の動作を「Kinect2」で捉え、動作を解析。それをWIFiでロボットに転送しサーボモーターを動かして動作を再現する仕組みになっています。



人間の動きを完全に再現しようとすると、人間とロボットの関節やフレーム(手足の部分)の長さ、大きさの差異や、可動域の違い、操縦者が変わったときの身長差や個人差などをそれぞれ調整しなくてはなりません。今回のロボットは人の動きを解析して、ロボットがその動きの結果を得るためにどのように各部位を動かせば良いかを命令に変換。実際に動作を行う処理を短時間に行っています。

決まりきった(プログラムされた)動きを再現するだけならもっと早い反応速度が得られるそうですが、不特定な動きを捉えそれをその都度ロボットに反映させるため、現時点ではわずかなタイムラグが生じます。

これらのロボットの応用、活用想定としては、例えば災害現場などで人が入れない場所に作業車両などを入れて作業するといった場合があります。遠隔操縦(ラジコンや専用ロボット)の場合では、それぞれの作業ロボットやラジコン機器を専用に開発しなければならず、開発期間やコストもかかってしまいます。汎用的に操縦できるロボットを導入することで、既存の作業車両にロボットを乗せて遠隔操作を実現するというわけです。汎用ロボットの開発費と各車両や機器へのアタッチメントなどのコストが発生しますが、汎用的に使えるためコストパフォーマンスが良くなると期待されています。


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