細田耕

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細田ほそだ こう
人物情報
生誕 (1965-11-09) 1965年11月9日(55歳)[2][3]
大阪府[4][注釈 1]
出身校 京都大学
学問
研究分野 ロボティクス人工知能
研究機関 京都大学
大阪大学工学部
チューリッヒ大学
大阪大学基礎工学部
博士課程
指導教員
吉川恒夫
博士課程
指導学生
多田泰徳[6]、田熊隆史[7]、池本周平[8]、成岡健一[9]、白藤翔平[10]
主な指導学生 山崎文敬[11]
学位 工学博士(京都大学)[12]
特筆すべき概念 「漸次的な複雑さの追加」[13]、「筋骨格構造が計算を代替する」[14]、「ロボットを柔らかくすること」による思想の転換[15]
主な業績 屍体足・人工筋骨格ハイブリッドロボットによる二足歩行の適応機能解明
主要な作品 三次元二足歩行ロボット「Pneumat」シリーズ、犬型ロボット「PneuHound」[16][17]
影響を
受けた人物
浅田稔[15]ロルフ・ファイファー英語版[15]、マータイン・ヴィッセ[18]、スティーブ・コリンズ[19]
影響を
与えた人物
杉原知道[20]中川友紀子[21]川節拓実[22]
学会 IEEE日本ロボット学会日本機械学会計測自動制御学会など
主な受賞歴 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門学術業績賞[23]
公式サイト
Hosoda Laboratory
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細田 耕(ほそだ こう、Koh Hosoda[24]1965年(昭和40年)11月9日[2][3] - )は、日本のロボット研究者京都大学工学博士[12]空気圧ゴム人工筋英語版などを用いたロボットアームや3次元受動歩行を開発。知能の構成論的研究やヒューマノイドロボットソフトロボティクス英語版の研究に従事。ハイハイを学習する赤ちゃんロボット[5]や屍体足・人工筋骨格ハイブリッドロボット[23][25]、犬型ロボット「PneuHound」[17]で知られる。フレキシブルアーム[26][27]やビジュアルサーボ[28][29]でも実績がある。2019年現在、大阪大学大学院基礎工学研究科システム創成専攻システム科学領域教授[30][31]

来歴・人物[編集]

生い立ち[編集]

1965年[3]大阪府生まれ[4][注釈 1]。電子工作を趣味としており[32]京都大学工学部精密工学科[2]に進学。細田は学部4年次から吉川恒夫の研究室に所属[33](1988年に学部卒業[2]。)。先輩から「ロボットの研究はもうほとんど終わっている」と言われるものの[33]、宇宙ロボットなどを想定したフレキシブルマニピュレータ[注釈 2]の研究に取り組んでいく[34][35]

吉川研究室時代[編集]

京都大学の受託研究員であった石川島播磨重工(後のIHI)の村上弘記[36]らとともに、平面ではなく3次元空間で動作するフレキシブルマニピュレータに取り組む。集中ばね質量モデルを構築し[37]。動力学解析から状態方程式を導出し、最適レギュレータを実装した[38]。3次元では理論検討が多かった当時、実験的に検証した数少ない事例であった[26]

なお、フレキシブルマニピュレータではモデル化が課題であり、吉川と細田は仮想の剛体リンクと仮想の受動バネ関節によるモデルを提案する[27][39]。これには先行研究と異なり、実機からパラメータを同定し、モデルを決定するという特徴があった[27][注釈 3]。また、平面2自由度のフレキシブルマニピュレータの軌道制御にも取り組み、軌道追従の十分条件をシミュレーションで明らかにした[42]

さらに本体となるフレキシブルマニピュレータ(マクロ機構)の先端に小型の剛体マニピュレータ(マイクロ機構)を搭載したマクロマイクロ機構[34]の研究にも取り組む[43]。可補償性[注釈 4]を検討し[43]、準静的軌道制御と動的軌道制御の手法を提案[45]。力制御にも取り組んだ[46]1993年3月に京都大学工学研究科機械工学専攻博士後期課程を修了し、細田は博士(工学)の学位を取得[2]。同年9月にはマクロマイクロマニピュレータの技術が石川島播磨重工から特許出願された[47]

浅田研究室時代[編集]

1993年4月、大阪大学工学部電子制御機械工学科の浅田稔研究室で助手に着任[2][15]。ロボットを作れることが採用の理由だったという[15]。この間、ビジュアルサーボ英語版や歩行ロボットの強化学習などの研究に従事[48][49]。浅田らのサッカーロボットの研究に参加し、カメラでボールを認識して追う動作を強化学習で実現[50][51]。この研究は日本ロボット学会の論文賞を受賞し、NHK教育の『サイエンスアイ』でも紹介された[51]

ビジュアルサーボでは画像上の追従対象の座標の速度とロボットの関節速度を対応づける「画像ヤコビアン」(厳密には行列)を用いる。通常これはモデル化を行うが、細田はロボットの構造が分からない状態から、カメラ座標と関節角度の情報から逐次最小二乗法で画像ヤコビアンを推定する手法を開発した[28][29]。1997年2月には助教授に昇進する[52]

1998年4月から翌年3月まで、チューリッヒ大学客員教授としてロルフ・ファイファー英語版のもとで受動歩行の研究に従事[5]。スイス滞在中にオランダデルフト工科大学マータイン・ヴィッセ[18]の研究を知り、感銘を受ける。細田は国際会議を利用して同大学を訪問し、ロボットや図面のコピーの許可を得る[35]。2001年には石黒章夫や小林宏とともにファイファーの著書『知の創成 ― 身体性認知科学への招待 ―』の訳本を出版する[53]

助教授・准教授時代(工学研究科)[編集]

空気圧ゴム人工筋英語版。空気の圧力で膨らんで縮むことによって駆動される。柔らかさを持たせることができ、複雑な制御なしでドアのノブを開ける腕型ロボットなどを実現した[54][5]
二関節筋の一種。二つの関節にまたがって複数の筋肉が付いている。駆動させる筋肉の種類によって動作や力の方向が選択でき、制御しやすい構造と言われている[54][55][56]

人間の指先を参考にした柔らかい触覚センサも開発し[57][58]、それを用いたロボットハンドも開発[54]。ゴム人工筋を用いた筋骨格ロボットの研究を進め[5]、3次元受動歩行ロボット上体を持った受動歩行ロボットを実現[59]。さらに円弧足ではなく、拮抗筋を取り付けた水平足による歩行も実現する[54]。また、ガニ股歩きをする赤ちゃんロボットも開発[54]。平面2脚式(実際は3脚)の「空脚R」では歩行・走行・跳躍のすべてを実現した[60]

自分で学習してハイハイをする赤ちゃんロボットも開発。また、ゴム人工筋を利用することにより、ドアノブをつかんでドアを容易に開けるロボットアームも実現した[35][61]。2006年頃には生理学やスポーツ工学関係の研究者から「二関節筋を考慮していない」と言われ、より人間の筋骨格を突き詰めるようになり[62]、連続跳躍が可能な脚ロボットも開発した[54][注釈 5]

この間2005年11月から2011年3月まで、JST ERATO 浅田共生知能プロジェクト グループリーダーを併任[65]。2007年からは法改正で准教授[66]。また、浅田の創発ロボティクス研究室とは独立して、大学院工学研究科知能・機能創成工学専攻先導的融合工学講座内に適応ロボティクス研究室を主催する[67]。教育関係では応用理工学科機械工学科目におけるメカトロニクス教育の講義・実習を担当[20]。教育上の工夫は、杉原知道ら後任の担当者にも引き継がれた[20]

教授時代(情報科学研究科)[編集]

人間の足。細田は医学研究を参考に、屍体の足に着目。足の柔らかさが歩行に与える影響の解明に寄与した[68][23]

2010年4月、大阪大学大学院情報科学研究科マルチメディア工学専攻の教授に就任[69]。ヒューマンインタフェース工学講座を担当し[70]准教授には清水正宏が、助教には池本周平が着任[71]。2011年には『日経サイエンス』の連載「挑む Front Runner」で取り上げられ[5][注釈 6]、2013年にはNHK教育の『ふしぎがいっぱい』において、細田研究室のロボットを用いて人間の筋骨格構造の解説が行われた[73]

細田は「人間の足がなぜ柔らかいのか」という未解決事項に対し、慶應義塾大学の解剖学者らとの共同研究で、2011年度から「屍体足・人工筋骨格ハイブリッドロボットによる二足歩行の適応機能解明」というプロジェクトを開始[74][75][25]科学研究費助成事業基盤(S)の支援を受けたもので、経費は総額で2億円を超える規模であった[75][25]

細田らは屍体足を取り付けた(物理的な)歩行シミュレータで実験を重ねる。歩行シミュレータの実験では2方向X線透視撮影装置CTスキャンによる解析を取り入れ、有限要素法による足部の動力学モデルを構築。このモデルを元に筋の活性化状況を解析し、筋骨格ロボットの制御へ応用した[76][23]。人間の運動機能の力学的解明に寄与したとして、学術的に評価された[23]

教授時代(基礎工学研究科)[編集]

2014年4月、大阪大学大学院基礎工学研究科の教授に転任。研究室名は適応ロボット学研究室で[77]准教授の清水正宏との共同運営[22]。2016年には自著『柔らかヒューマノイド』が化学同人から出版され[54]、2017年から日本ロボット学会の欧文論文誌『Advance Robotics』でEditor in Chiefを務める[78][30]。さらに同学会に設立されたソフトロボティクス研究専門委員会の委員にも名を連ね[79]、学会誌の特集号ではソフトロボティクス英語版の歴史と展望を記している[80]

この間、池本周平とは能動関節1個、柔らかい受動関節11個のソフトロボットアームに対し、人工知能で制御モデルを学習する手法を研究。カルマンの正準分解で学習データを選択するようにし、制御モデルの獲得を実現した[81]。2018年には中川友紀子が経営するアールティと共同開発した研究開発用ロボットアーム「CRANE-X7」が発売され[21]、2019年には同社協力のもと『実践ロボット制御 ―基礎から動力学まで―』をオーム社から出版している[82][83][注釈 7]

スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)のジェイミー・パイク英語版と共同研究も実施しており、アギトアリを参考にしたT字型の小型群知能ロボット「Tribot」を開発。形状記憶合金により跳躍匍匐回転が可能で、ロボット間で連携してタスクを割り当てる[85][86]。細田も共著者の論文は2019年の『ネイチャー』に掲載された[85][87]

主な受賞歴[編集]

主な著作[編集]

学位論文[編集]

著書[編集]

(単著)

  • 『柔らかヒューマノイド ― ロボットが知能の謎を解き明かす ―』化学同人、2016年、ISBN 978-4-7598-1670-9
  • 『実践ロボット制御 ― 基礎から動力学まで ―』(株)アールティ協力、オーム社、2019年、ISBN 978-4-274-22430-0

(共著・分担執筆)

  • 『ロボットからヒトを識る』河合祐司、浅田稔 編、大阪大学出版会〈大阪大学総合学術博物館叢書 14〉、2018年、ISBN 978-4872595246[注釈 10]
  • 『身体適応』高草木薫、荻原直道 編著、オーム社〈シリーズ移動知 第2巻〉、2010年、ISBNT 978-4-274-50277-4
  • 『よくわかる認知科学』乾敏郎、吉川左紀子、川口潤 編,ミネルヴァ書房、2010年、ISBN 978-4623055340
  • Bioinspired Legged Locomotion. Elsevier. (2017). ISBN 978-0128037669(第7、8、9章)。
  • Koh Hosoda and Masahiro Shimizu (2021). “Attempts to Develop Artificial Muscles”. Philipp Beckerle; Maziar Ahmad Sharbafi; Tom Verstraten; Peter P. Pott and André Seyfarth eds. Novel Bioinspired Actuator Designs for Robotics. Springer (Studies in Computational Intelligence 888). ISBN 978-3030408855.

(共訳)

  • 『知の創成 ― 身体性認知科学への招待 ―』R. Pfeifer英語版・C. Scheier 著、石黒章夫・小林宏・細田耕 訳、共立出版、2001年、ISBN 4320120329
  • 『知能の原理 ― 身体性に基づく構成論的アプローチ ―』R.Pfeifer・J.Bongard 著、細田耕・石黒章夫 訳、共立出版、2010年、ISBN 9784320122468[92]

学会誌記事[編集]

(解説)

(座談会・パネルディスカッション)

主な論文・特許[編集]

研究プロジェクト[編集]

科学研究費助成事業研究代表者)

(グループリーダーなど)

  • 2005-2010年度 - 日本学術振興会(JST)ERATO 浅田共創知能システムプロジェクト「身体的共創知能グループ」[65]

出演[編集]

脚注[編集]

[脚注の使い方]

注釈[編集]

  1. ^ a b 「島根県松江市生まれ」という記述[5]と「大阪府生まれ」という記述[4]があるが、細田の自著に従った。
  2. ^ マニピュレータとはロボットアームのこと。宇宙用マニピュレータは軽量化が必要なためアーム部分の剛性が弱く、弾性変形を伴う。このようなマニピュレータはフレキシブルマニピュレータとして剛体多体系として扱うマニピュレータとは別に取り扱われる。
  3. ^ このモデルは引き続き吉川研究室で検証された[39]。また、松野文俊大須賀公一によって受動性英語版の観点から安定性が証明されている[40][41]
  4. ^ フレキシブルマニピュレータはリンクの弾性でマニピュレータ先端に誤差が生じる。可補償性とはこれを関節の運動で補償できるどうかということで、可補償度という指標が導入されている。内山勝らによって提案された[44]
  5. ^ 二関節筋やその応用については、オランダのフリー大学や、日本では大島徹熊本水瀬らの先駆的研究がある[55][63][56]。大島は2005年の論文で二関節筋により跳躍方向や跳躍した後の姿勢を調整可能なことを明らかにしていたが、細田は後に二関節筋の剛性が跳躍に影響することを解明している[64]
  6. ^ この連載は 日経サイエンス編集部 編『フロントランナー 挑戦する科学者』、日本経済新聞出版社、2014年、ISBN 978-4-532-52068-7。として書籍化されており、浅井祥仁高橋政代らとともに細田も掲載されている[72]
  7. ^ 同製品は2020年度の「日本機械学会優秀製品賞」を受賞している[83][84]
  8. ^ 受賞論文 - 浅田稔、野田彰一、俵積田健、細田耕「視覚に基づく強化学習によるロボットの行動獲得」、『日本ロボット学会誌』第13巻第1号、1995年、68-74頁[89]
  9. ^ 受賞講演 - M.Shimizu,D.Ishii,H.Aonuma and K.Hosoda“Frog Cyborg Driven by Biological Muscle Actuators That Packaged Physiological Solution”
  10. ^ 河合祐司・浅田稔 編集、池本周平・小川浩平・細田耕・吉川雄一郎 共著。第3章担当。
  11. ^ 座談会出席者・共著者 - 浅田稔川人光男土井美和子、明和政子、國吉康夫石黒浩、乾敏郎。
  12. ^ 共著者・グループチャット参加者 - 中川友紀子、石黒章夫、尾形哲也多田隈理一郎、細田耕。

出典[編集]

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  8. ^ 池本周平『空気圧駆動ヒューマノイドロボットの特性を利用した運動学習システム』、大阪大学〈博士学位論文(甲第14219号)〉、2010年3月23日
  9. ^ 成岡健一『Humanoid robots that crawl, stand, and walk utilizing synergistic musculoskeletal bodies』、大阪大学〈博士学位論文(甲第16396号)〉、2013年3月25日、日本語題名『筋骨格身体の協応性を利用したヒューマノイドロボットのロコモーション』
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参考文献[編集]

外部リンク[編集]

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