はじめに |
序 |
1マイクロ・バイオロボティクス 1 |
1.1機械の進化とメカトロニクス 2 |
1.2寸法効果 4 |
(a)構造の強度 5 |
(b)弾性力と固有振動数 5 |
(c)摩擦 6 |
(d)表面張力 7 |
(e)流体力 7 |
(f)ローレンツ力 8 |
(g)エネルギ供給 9 |
1.3MEMS 10 |
(a)マイクロセンサ 10 |
(b)マイクロアクチュエータ 11 |
(c)光MEMS 12 |
(d)流体MEMS 13 |
(e)医療・宇宙へ 13 |
1.4マイクロファブリケーション 14 |
(a)半導体加工技術 14 |
(b)マイクロ・ナオ加工技術 17 |
1.5生物に学ぶMEMS 22 |
(a)生物に学ぶ寸法効果 22 |
(b)生物に学ぶセンサ 25 |
(c)生物に学ぶ制御系 27 |
(d)MEMSから見たロボットの未来 30 |
参考文献 33 |
フロンティアをめざして 34 |
2脳科学とロボティクス 37 |
2.1はじめに 38 |
2.2脳科学とロボティクスの共発達 39 |
(a)計算機の誕生 40 |
(b)ロボティクスとサイバネティクス 41 |
(c)神経生理学における革命 42 |
(d)MITからの衝撃波 45 |
(e)脳科学とロボティクスの発展 48 |
2.3脳に学んでロボットを創る 49 |
(a)ヘブ則にもとづいた学習 50 |
(b)フィードバック誤差学習によるロボット制御 51 |
(c)強化学習からメタ学習仮説へ 54 |
(d)神経振動子による運動制御 56 |
2.4ロボットで脳を知る 58 |
(a)生態模倣的アプローチ 59 |
(b)認知発達ロボティクス的アプローチ 63 |
(c)サイボーグ的アプローチ 66 |
参考文献 68 |
フロンティアをめざして 70 |
3マテリアル革命が拓くロボティクス・ルネッサンス 73 |
3.1新しいメカトロニクスの必要性 74 |
3.2最先端ロボティクスが生む新原理メカトロニクス 75 |
3.3マイクロ・ナノロボットにおける機能性材料 78 |
3.4新原理ロボティクス 81 |
(a)挿入訓練用力覚付きバーチャル内視鏡 82 |
(b)腹腔内手術用ハイバーフィンガー 83 |
(c)深部微細手術用マイクロフィンガー 84 |
(d)水圧駆動能動カテーテル 84 |
(e)医療ロボティクスのフロンティア 85 |
3.5新原理バイオナノロボット 86 |
(a)マイクロ光造形法 86 |
(b)マイクロ光造形法の高精度化 87 |
(c)ナノ光造形法 88 |
(d)光駆動ナノマシン 90 |
(e)マイクロ光造形法の多様化 92 |
3.6化学ICチップと人工細胞デバイス 93 |
3.7青少年の理系教育への展開 96 |
3.8エンジニアからイマジニアへ―未来のロボティクス研究者へ 98 |
参考文献 99 |
4メディカルロボティクス 105 |
4.1メディカルロボットとは 106 |
4.2メディカルロボットの分類 107 |
(a)処置ロボット 108 |
(b)外科医アシスタントロボット 110 |
4.3処置ロボットの開発事例 111 |
(a)脳神経外科領域 111 |
(b)整形外科領域ロボット 114 |
(c)腹部外科領域ロボット 115 |
4.4外科医アシスタントロボットの開発事例 115 |
(a)心臓外科領域 116 |
(b)腹部外科領域 118 |
(c)眼科領域 118 |
4.5メディカルロボティクスの設計理念 119 |
(a)安全性 119 |
(b)手術環境への適応 119 |
(c)滅菌対策 120 |
(d)医用画像撮影装置への適応 120 |
4.6工学と医学との協同 121 |
4.7将来への展開 122 |
参考文献 123 |
フロンティアをめざして 124 |
5認知力学系とロボティクス 127 |
5.1はじめに 128 |
5.2環境の内部モデルの行動学習―実験その1 131 |
(a)RNNを用いた内部モデル獲得の方法 132 |
(b)先読み予測 136 |
(c)解析と考察 138 |
5.3サンソリモータ流れの分節化および階層化学習―実験その2 141 |
(a)モデル 143 |
(b)計算実験 146 |
(c)考察 149 |
5.4終わりに 152 |
参考文献 153 |
フロンティアをめざして 155 |
6デジタルヒューマン 157 |
6.1デジタルヒューマン研究とは 158 |
(a)対象とする人間のモデルとは 160 |
(b)モデル要素の段階 160 |
(c)デジタルヒューマンモデルの応用場面 162 |
6.2デジタルヒューマンの研究手法 162 |
(a)計測 163 |
(b)モデル化 163 |
(c)モデルの実装と提示 164 |
6.3人体形状 165 |
(a)人体形状の測定 165 |
(b)人体形状にもとづく着装品の設計 167 |
6.4全身モデル 168 |
(a)コンピュータマネキン 168 |
(b)ビジブルヒューマン 169 |
(c)バーチャルヒューマン・プロジェクト 170 |
6.5デジタルハンド 171 |
(a)ハンドの構造 171 |
(b)指先の変形と把握力感覚 173 |
6.6人間の認知・心理機能のモデリング 175 |
(a)手術シミュレーション 175 |
(b)間違えるデジタルヒューマン 177 |
6.7人のモデルとしてのヒューマノイドロボット 179 |
(a)人間的な2足歩行の実現 179 |
(b)全身運動の生成 181 |
6.8環境センサによる人間の行動観測 183 |
6.9デジタルヒューマン研究の将来 186 |
参考文献 187 |
フロンティアをめざして 188 |
7ヒューマノイド 191 |
7.1ヒューマノイドはなぜ急速な進歩を遂げたか 192 |
(a)ヒューマノイド研修小史 192 |
(b)ブラットフォーム型研究開発 195 |
7.2ハードウェアの発展 196 |
(a)高剛性メカニズム 196 |
(b)センサ 197 |
(c)足部構造 197 |
7.3ソフトウェアの発展 199 |
(a)ゼロモーメントポイント(ZMP) 199 |
(b)歩行パターン生成 200 |
(c)フィードバック制御系 202 |
(d)さまざまな動作の実現 203 |
(e)視覚・聴覚との統合 204 |
7.4応用をめざして 205 |
(a)HRPにおける応用研究 205 |
(b)ヒューマノイド技術開発ロードマップ 207 |
(c)21世紀最大の商品をめざして 210 |
参考文献 211 |
フロンティアをめざして 213 |
索引 215 |