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ロボティクス・バイオニクス領域

研究室紹介と研究例

井上 研究室

生物に学ぶバイオロボティクスとその応用

人間や生物の構造・機能を工学的な視点で解析し、ロボットに活かす学問をバイオロボティクスといいます。ロボットの目的は、人間社会を支え、私たちの生活を豊かにすることです。ロボット技術を活用し、災害現場、バイオ、医療分野への応用を目指したシステム開発に挑戦します。

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6脚の作業移動ロボット

6脚歩行、直立歩行、2腕作業等が可能な6脚作業移動ロボットを開発し、 レスキュー活動や施設の点検作業への応用を目指します。

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マイクロハンド

細胞等の微小物体の把持・移動・回転が可能なマイクロハンドと そのインタフェースを開発しています。

妻木 研究室

テレロボティクスとVR
 ~宇宙から深海まで~

テレロボティクスとはロボットを遠隔操作するための学問領域です。遠隔操作では,ヒューマンインタフェースに関連するVR技術も重要な役割を果たします。独自の機構設計をベースに宇宙ロボット、ウェアラブルロボット、バイオロギング用ロボット、さくらんぼ自動収穫ロボットなどの研究を行っています。

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クジラ用ローバー

マッコウクジラがダイオウイカを捕食しているシーンを撮影するために、海洋動物学者と協力して、水中ロボットを開発しています。

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さくらんぼ自動収穫ロボット

県内さくらんぼ農家の要望に応え、さくらんぼを自動で収穫できるロボットを開発中です。熟練者が持つ「こつ」と「スピード」をロボット上に実現することは大きなチャレンジです。

中村 研究室

Macroからmicroまで
-生命現象の機能発現戦略の統合的理解を目指して-

生体工学・医工学は典型的な学際領域の一つです。当研究室では、機械のみならず電子・情報・システム等の広範な工学技術を駆使して、主に神経機能を利用した糖代謝系の人工的制御、並びに再生医療・組織工学に関する心筋及び脂肪細胞培養法の研究を、個体レベル(macro)から分子レベル(micro)に至る広い範囲で進めています。

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細胞培養の様子

インキュベータ内のディッシュやフラスコの中で、種々の外乱を与えながら心筋細胞や脂肪細胞を培養しています。それらの機能強化法の開発などを目指しています。

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実験風景

バイオメカニクスのみならず、生化学や分子生物学を含む広い学問領域のデータを測定します。込み入った細かなプロセスをよく理解し、ミス無くこなすことが求められます。

水戸部 研究室

柔らかでもっとダイナミックでちょっと他律なメカニズムと制御をめざしています!

移動ロボットを中心に、ロボットのメカニズムと運動制御に興味を持って研究しています。これまで工場を中心に活躍してきた硬いロボットがもっと柔らかく安価で安全になるための方法として、弾性腱で駆動するマリオネット型ロボットを試作しました。位置決めの高い精度や高速動作がなくても役に立つ作業ができないかと模索しています。

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マリオネット型の弾性腱駆動ロボットアーム

ムサシやコメリ(山形県内のホームセンターです)で見つけてきた材料でロボットアームを作りました。関節にギアがないので天然のダイナミクスがそのまま現れます。人間のように作業させる制御技術を研究します。

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小型軽量除雪ロボット

外出中に地道にコツコツ除雪する。雪用のお掃除ロボットを目指した研究です。今後はもっとダイナミックな方法にも挑戦します。

湯浅 研究室

次世代の高度医療を開拓する工学技術の創成

医学物理と医用情報処理についての研究教育に取り組んでいます.数学,物理,コンピューターを駆使して,医学・生物学の画像に関わる問題に挑戦しています.生体の内部を非破壊的に観察するための新しい物理原理に基づく画像化手法(図1)を開発したり、医師を支援するための人工知能によるコンピューター診断方法(図2)を開発しています。

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図1 X線位相コントラストCTシステム

高エネルギー加速器研究機構フォトンファクトリ―に構築した位相コントラストCTイメージング装置

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図2 冠動脈と石灰化プラーク

胸部X線CT画像からコンピューターにより自動的に抽出された冠動脈および石灰化プラーク

秋山 研究室

「制御理論から臨床医学」まで

本研究室のテーマは、システム制御工学分野と、臨床生体力学分野の二つがあります。 生体力学では、医学領域において、臨床上の問題が力学的問題に密接に関係するものも多いので、機械工学分野の知識や実験手法を医学分野に 応用する研究を行つています。

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上肢運動シミュレータ

ヒト上肢の運動は多くの筋肉活動の協調により行われている。 中でも回内回外運動は霊長類に特有な上肢運動であり、複雑な筋肉活動の結果として実現される。 本研究では、筋電図より示唆された結果に基づき回内回外運動をシミュレータで実現することにより促通・抑制の筋肉活動を証明するとともに、神経結合が切断された際の運動障害を解明する。

多田隈 研究室

新機能の創出による高度な次世代ロボットシステムの構築

本研究室では、曲面上のあらゆる方向に動力を伝達できる全方向駆動歯車を応用したロボットシステムをはじめとして、新しい機能を持つ装置を応用した高度な次世代ロボットシステムを構築することを目指しています。 何度も試作を繰り返しながら有益なロボットシステムを構築する過程で、人格的にも成長できる環境が整えられています。

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凸円弧型全方向駆動歯車

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平面型全方向駆動歯車

本研究室で新規に開発された全方向駆動歯車は、その表面に沿った任意の方向に動力を伝達でき、ロボットシステムの小型化・軽量化に貢献できるものです。

南後 研究室

リンク機構を使った生活支援装置の開発

本研究室では,歩行補助や立ち上がり補助など生活に欠かせない動作の支援を行う装置の開発を行っています。1入力で装置が人体脚部を追従して動くよう,シミュレーションをしながら設計しています。

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使用者自身が操作する歩行支援装置の開発

腕部の杖を突く動作を入力として脚部の歩行動作を支援します。

羽鳥 研究室

生物分子機械のナノテクノロジー

生命活動を支えるタンパク質群は“分子機械”と呼ばれ,ナノメートルスケールで構造部品、リアクター、ポンプ、モーターとして働きます。ここでは、モータータンパク質を用いて生物運動の“素”を再構成し顕微鏡下で性能試験を行っています。様々な分子機械を組み合わせる手法により、生物機能の発現過程を明らかにしていきます。

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蛍光生物顕微鏡とタンパク質フィラメントの可視化像

ナノメートルスケールでの現象を捉えます。

馮 研究室

機械工学から再生医療工学へのアプローチ

本研究室では、生体由来素材から細胞培養足場材料を開発して、ヒトiPS細胞の心筋細胞への分化促進および再生心筋組織の構築を目指している。そのために細胞と足場との相互作用の探求、独創的な実験装置の開発などを行い、再生医療工学という魅力あふれる分野に機械工学という視点から展開して行く。

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研究室での日々の細胞培養風景

細胞培養の培地交換は本研究室の日課です。コンタミネーションが起こらないよう注意深く操作を行っています。

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二軸/四サンプル応力印加細胞培養装置

足場素材の力学特性が幹細胞の分化に与える影響についての研究を進めるため、開発した応力印加により足場素材の弾性を調整できる培養装置。

村松 研究室

制御理論とそのロボットシステムへの応用

滑らかでむだのない動きをロボットで実現するには制御が重要となります. システムが望ましい挙動を示すためにはどのような制御が有効か,その問題に 対する数学的な理論を研究しています. また,制御理論のロボットへの応用を考え,3次元コンピュータグラフィクスを 用いたシミュレータを開発して制御方法を検討しています.

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ロボット制御のシミュレータ

3つの関節を持つロボットアームのシミュレータを開発し、 アームの動作解析と関節角の制御方法を考えています。

渡部 研究室

OCTを用いた実時間・非接触・非破壊検査の開発

光干渉断層計(OCT,optical coherence tomography)は、弱い近赤外光を用いた人体にやさしい高解像度な画像計測で、山形大学発祥の技術です。当研究室では、OCT技術をベースに新しい光干渉計の開発、GPUによる高速画像処理プログラムの研究を行っています。

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リアルタイムOCTシステム

ハードウエア、ソフトウエアの両面からOCTシステムの開発を行っています。

有我 研究室

各種機械システムのダイナミクス解析と制御系デザイン

回転機械をはじめとする各種産業機械への制御工学(ロバスト制御,非線形制御)の応用と、制御対象の解析に必要な技術(機械力学、振動工学、電磁気学など)を応用した医療機器開発に取り組んでいます。また、雪面移動用ドリル推進機構や新型3Dプリンタの開発にも取り組んでいます。

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磁気軸受

磁気軸受は宇宙空間などの極限環境で使われる特殊な軸受です。その性能を向上するための制御理論を研究しています。

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雪上実験

雪が降ったらドリルの実験です。雪深い米沢ならではの研究テーマです。

姜 研究室

脳の不思議に挑む

ヒトの意識をつむぎ出す脳。その脳という生体情報処理装置の理解に向けて、計算神経科学と呼ばれる分野の研究を行っています。主に、神経回路シミュレーションや神経データ解析を通じて、脳の情報処理様式や計算原理を明らかにする研究に取り組んでいます。工学的応用としては、脳型情報処理を用いた知能システムの開発を行っています。

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簡易脳波計を用いた脳波計測

被験者の行動選択に対して脳波による予測を試みています。

佐藤 研究室

工学の力でメタボとたたかう

メタボリックシンドロームの諸症状がエネルギー代謝に及ぼす生理学的影響について研究しています。生理学及び栄養学的アプローチから病態メカニズムを解明する研究を通して、エネルギー代謝調節の機能を代行する工学的手法の開発など、生活習慣病の新しい予防・治療法の提案を目指しています。

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実験風景

細胞を扱う実験中です。安全キャビネット内を清潔に保ち、意図しない雑菌などが混入しないよう細心の注意を払います。

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脂肪細胞径の自動測定

脂肪細胞のサイズは生活習慣病にも深く関わっています。たくさんの脂肪細胞を一度に検出し、そのサイズを自動で測定する方法を開発しました。

戸森 研究室

「柔軟性」を備えたロボットの開発

柔軟性の高いアクチュエータを開発、制御することで周囲の人間に優しいロボットの開発を目指しています。ただ柔らかいだけでなく、作業に必要な出力や動きの正確さをロボットに与えるために制御面にも力を入れています。

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空気圧ゴム人工筋肉

ゴムと炭素繊維でできたチューブに空気をいれることで、生物の筋肉のように収縮します。 ゴムの厚みやチューブの太さを変えることで特性を調整でき、繊維の方向によっても動きが変わります。

2017.3.9

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