研究者詳細

顔写真

フクハラ　アキラ
福原　洸
Akira Fukuhara
所属
電気通信研究所　人間・生体情報システム研究部門　実世界コンピューティング研究室
職名
助教
学位

  • 博士（工学）（東北大学）

  • 修士（工学）（東北大学）

経歴 3

  • 2018年10月 ～ 継続中
    東北大学電気通信研究所 助教

  • 2018年4月 ～ 2018年9月
    東北大学電気通信研究所 学術研究員

  • 2016年4月 ～ 2018年3月
    日本学術振興会 DC2

学歴 3

  • 東北大学大学院電気エネルギーシステム専攻博士課程後期３年の課程

    2015年4月 ～ 2018年3月

  • 東北大学大学院工学研究科機械システムデザイン工学専攻博士課程前期２年の課程

    2013年4月 ～ 2015年3月

  • 東北大学工学部機械知能航空工学科

    2009年4月 ～ 2013年3月

委員歴 4

  • エアロ・アクアバイオメカニズム学会　エアロ・アクアバイオメカニズム学会幹事会

    2022年3月 ～ 継続中

  • 公益社団法人 計測自動制御学会　公益社団法人 計測自動制御学会東北支部運営委員会

    2022年1月 ～ 継続中

  • 公益社団法人 計測自動制御学会 システム・情報部門 自律分散システム部会　自律分散システム部会運営委員

    2020年1月 ～ 継続中

  • 身体性認知科学と実世界応用に関する若手研究会実行員　実行委員

    2014年4月 ～ 2018年3月

所属学協会 3

  • 日本数理生物学会

  • 日本古生物学会

  • 計測自動制御学会

研究キーワード 4

  • 生物模倣型ロボット

  • 生物規範型ロボット

  • 生物ロコモーション

  • 自律分散制御

研究分野 3

  • 情報通信 / 機械力学、メカトロニクス /

  • 情報通信 / ロボティクス、知能機械システム /

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 制御、システム工学 /

受賞 7

  1. ROBOMECH表彰（学術研究分野）

    2022年6月　一般社団法人 日本機械学会　四脚ロボットの柔軟な肩部ハンモック構造が走行運動に及ぼす影響

  2. Honorable Mentions in The 9.5th international symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines

    2021年6月　AMAM2021 Virtual Organizing Committee　WaltzBots: Toward understanding interpersonal coordination mechanism underlying ballroom dance

  3. 第４回東北大学若手研究者アンサンブルワークショップ 優秀ポスター賞

    2018年7月　東邦大学研究所長会議　生き物を理解するための構成論的アプローチ

  4. 第304回 計測自動制御学会東北支部研究集会，優秀発表奨励賞

    2016年10月　計測自動制御学会　「身体支持と推進の寄与変化に基づく低速から高速へのシームレスな四脚歩容遷移の実現」

  5. 第４回東北大学若手研究者アンサンブルワークショップ 優秀ポスター賞

    2015年7月　東北大学研究所長会議　自律分散制御側から切り拓く四脚ロコモーションの発現機序

  6. 学都「仙台・宮城」サイエンス・デイ 2014「杜の風賞」

    2014年7月　特定非営利活動法人 natural science　そこにないはずの物にさわれる?バーチャルリアリティシミュレータを体験しよう!

  7. 平成24年度東北大学総長賞

    2013年3月　東北大学

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論文 54

  1. Bicycle-inspired simple balance control method for quadruped robots in high-speed running

    Shoei Hattori, Shura Suzuki, Akira Fukuhara, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Frontiers in Robotics and AI　11　2025年1月6日

    出版者・発行元： Frontiers Media SA

    DOI： 10.3389/frobt.2024.1473628 　

    eISSN：2296-9144

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    This paper explores the applicability of bicycle-inspired balance control in a quadruped robot model. Bicycles maintain stability and change direction by intuitively steering the handle, which induces yaw motion in the body frame and generates an inertial effect to support balance. Inspired by this balancing strategy, we implemented a similar mechanism in a quadruped robot model, introducing a yaw trunk joint analogous to a bicycle’s steering handle. Simulation results demonstrate that the proposed model achieves stable high-speed locomotion with robustness against external disturbances and maneuverability that allows directional changes with only slight speed reduction. These findings suggest that utilizing centrifugal force plays a critical role in agile locomotion, aligning with the movement strategies of cursorial animals. This study underscores the potential of bicycle balance control as an effective and straightforward control approach for enhancing the agility and stability of quadruped robots as well as potentially offering insights into animal motor control mechanisms for agile locomotion.

  2. Decentralized control mechanism for limb steering in quadruped robot walking.

    Hayato Amaike, Akira Fukuhara, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Adv. Robotics　38　(16)　1124-1140　2024年8月

    DOI： 10.1080/01691864.2024.2376030 　

  3. Design of a Quasi-Passive Dynamic Walking Robot Based on Anatomy Trains Theory

    Hiroki Nishii, Shoei Hattori, Akira Fukuhara, Hisashi Ishihara, Takeshi Kano, Akio Ishiguro, Koichi Osuka

    JOURNAL OF ROBOTICS AND MECHATRONICS　36　(2)　458-471　2024年4月

    DOI： 10.20965/jrm.2024.p0458 　

    ISSN：0915-3942

    eISSN：1883-8049

  4. High-Propulsive Trunk Flexion-Extension Mechanism Using Cheetah-Inspired S-Shaped Spine

    Shoei Hattori, Akira Fukuhara, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    WALKING ROBOTS INTO REAL WORLD, CLAWAR 2024 CONFERENCE, VOL 1　1114　204-213　2024年

    DOI： 10.1007/978-3-031-70722-3_20 　

    ISSN：2367-3370

    eISSN：2367-3389

  5. Decentralized Control Mechanism Underlying Morphology-Dependent Quadruped Turning

    Amaike Hayato, Fukuhara Akira, Kano Takeshi, Ishiguro Akio

    Journal of Robotics and Mechatronics　35　(5)　1290-1299　2023年10月20日

    出版者・発行元： Fuji Technology Press Ltd.

    DOI： 10.20965/jrm.2023.p1290 　

    ISSN：0915-3942

    eISSN：1883-8049

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    Quadruped mammals can control the movement of their center of gravity when turning by skillfully utilizing their bodies to achieve adaptive turning movements. Interestingly, the low-speed turning behavior also changes depending on the animal’s morphology. Therefore, this study aims to understand the control algorithm of low-speed turning, which can reproduce the turning behavior according to the location of the center of gravity. Specifically, we constructed a control algorithm based on the knowledge that animals steer with the leg closest to the center of gravity and verified it with a quadruped robot whose center of gravity could be adjusted. Consequently, the behavior observed in animals was successfully reproduced, with a stable and large turning angle per time when the proposed control algorithm was used.

  6. Biological Mechanisms

    Takeshi Yamasaki, Megu Gunji, Yoichi Masuda, Akira Fukuhara

    The Science of Soft Robots　39-58　2023年9月13日

    出版者・発行元： Springer Nature Singapore

    DOI： 10.1007/978-981-19-5174-9_3 　

    ISSN：1619-7127

    eISSN：2627-6461

  7. The role of the leading foot in quadruped during turning from a synthetic approach

    Maeta Tomoe, Amaike Hayato, Fukuhara Akira, Kano Takeshi, Ishiguro Akio

    The 11th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2023)　162-163　2023年6月

    出版者・発行元： Adaptive Motion of Animals and Machines Organizing Committee

    DOI： 10.18910/92318 　

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    The 11th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines. Kobe University, Japan. 2023-06-06/09. Adaptive Motion of Animals and Machines Organizing Committee. Poster Session P63

  8. Producing non-steady-state gaits (starting, stopping, and turning) in a biologically realistic quadrupedal simulation

    William Irvin Sellers, Charlotte Francesca Cross, Akira Fukuhara, Akio Ishiguro, Eishi Hirasaki

    Frontiers in Ecology and Evolution　10　2022年9月8日

    出版者・発行元： Frontiers Media SA

    DOI： 10.3389/fevo.2022.954838 　

    eISSN：2296-701X

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    Multibody dynamic analysis (MDA) has become part of the standard toolkit used to reconstruct the biomechanics of extinct animals. However, its use is currently almost exclusively limited to steady state activities such as walking and running at constant velocity. If we want to reconstruct the full range of activities that a given morphology can achieve then we must be able to reconstruct non-steady-state activities such as starting, stopping, and turning. In this paper we demonstrate how we can borrow techniques from the robotics literature to produce gait controllers that allow us to generate non-steady-state gaits in a biologically realistic quadrupedal simulation of a chimpanzee. We use a novel proportional-derivative (PD) reach controller that can accommodate both the non-linear contraction dynamics of Hill-type muscles and the large numbers of both single-joint and two-joint muscles to allow us to define the trajectory of the distal limb segment. With defined autopodial trajectories we can then use tegotae style locomotor controllers that use decentralized reaction force feedback to control the trajectory speed in order to produce quadrupedal gait. This combination of controllers can generate starting, stopping, and turning kinematics, something that we believe has never before been achieved in a simulation that uses both physiologically realistic muscles and a high level of anatomical fidelity. The gait quality is currently relatively low compared to the more commonly used feedforward control methods, but this can almost certainly be improved in future by using more biologically based foot trajectories and increasing the complexity of the underlying model and controllers. Understanding these more complex gaits is essential, particularly in fields such as paleoanthropology where the transition from an ancestral hominoid with a diversified repertoire to a bipedal hominin is of such fundamental importance, and this approach illustrates one possible avenue for further research in this area.

  9. Comparative anatomy of quadruped robots and animals: a review 査読有り

    Akira Fukuhara, Megu Gunji, Yoichi Masuda

    Advanced Robotics　1-19　2022年6月18日

    出版者・発行元： Informa UK Limited

    DOI： 10.1080/01691864.2022.2086018 　

    ISSN：0169-1864

    eISSN：1568-5535

  10. Flexible Shoulder in Quadruped Animals and Robots Guiding Science of Soft Robotics 査読有り

    Akira Fukuhara, Megu Gunji, Yoichi Masuda, Kenjiro Tadakuma, Akio Ishiguro

    Journal of Robotics and Mechatronics　34　(2)　304-309　2022年4月20日

    出版者・発行元： Fuji Technology Press Ltd.

    DOI： 10.20965/jrm.2022.p0304 　

    ISSN：0915-3942

    eISSN：1883-8049

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    Cursorial quadrupeds have different connections to the trunk for forelimbs and hindlimbs: a flexible connection through the muscles to the forelimb, and a secure connection through the hip joint to the hindlimb. Although anatomical and biological studies have described the structure and behavior of cursorial quadrupeds by focusing on flexible shoulders, the functionality of the flexible shoulder remains unclear. In this study, we first survey the anatomical and biological studies. Second, we introduce our robotics studies, which focus on flexible connections for proximal limb joints. Further, we discuss future directions for extracting a design principle based on complex animal body structures, and we suggest the potential for interdisciplinary research between anatomy and soft robotics.

  11. Adaptive Interlimb Coordination Mechanism for Hexapod Locomotion Based on Active Load Sensing 査読有り

    Akira Fukuhara, Wataru Suda, Takeshi Kano, Ryo Kobayashi, Akio Ishiguro

    Frontiers in Neurorobotics　16　2022年2月8日

    出版者・発行元： Frontiers Media SA

    DOI： 10.3389/fnbot.2022.645683 　

    eISSN：1662-5218

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    Insects can flexibly coordinate their limbs to adapt to various locomotor conditions, e.g., complex environments, changes in locomotion speed, and leg amputation. An interesting aspect of insect locomotion is that the gait patterns are not necessarily stereotypical but are often highly variable, e.g., searching behavior to obtain stable footholds in complex environments. Several previous studies have focused on the mechanism for the emergence of variable limb coordination patterns. However, the proposed mechanisms are complicated and the essential mechanism underlying insect locomotion remains elusive. To address this issue, we proposed a simple mathematical model for the mechanism of variable interlimb coordination in insect locomotion. The key idea of the proposed model is “decentralized active load sensing,” wherein each limb actively moves and detects the reaction force from the ground to judge whether it plays a pivotal role in maintaining the steady support polygon. Based on active load sensing, each limb stays in the stance phase when the limb is necessary for body support. To evaluate the proposed model, we conducted simulation experiments using a hexapod robot. The results showed that the proposed simple mechanism allows the hexapod robot to exhibit typical gait patterns in response to the locomotion speed. Furthermore, the proposed mechanism improves the adaptability of the hexapod robot for leg amputations and lack of footholds by changing each limb's walking and searching behavior in a decentralized manner based on the physical interaction between the body and the environment.

  12. 形態に応じた四脚走行運動を発現可能な自律分散制御則

    浅岡 雄也, 乗田 篤志, 鈴木 朱羅, 福原 洸, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2022　2A2-P07　2022年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmermd.2022.2a2-p07 　

    eISSN：2424-3124

  13. Decentralized Control Mechanisms for Trunk, Head, and Tail-limb Coordination in Quadruped Running.

    Shura Suzuki, Yuya Asaoka, Atsushi Norita, Akira Fukuhara, Masato Ishikawa, Akio Ishiguro

    CLAWAR　256-263　2022年

    DOI： 10.1007/978-3-031-15226-9_25 　

  14. Simple decentralized control mechanism that enables limb adjustment for adaptive quadruped running 査読有り

    Akira Fukuhara, Yukihiro Koizumi, Tomoyuki Baba, Shura Suzuki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences　288　(1962)　2021年11月10日

    出版者・発行元： The Royal Society

    DOI： 10.1098/rspb.2021.1622 　

    ISSN：0962-8452

    eISSN：1471-2954

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    Quadrupeds exhibit versatile and adaptive running by exploiting the flying phase during the stride cycle. Various interlimb coordination mechanisms focusing on mechanical loads during the stance phase have been proposed to understand the underlying control mechanism, and various gait patterns have been reproduced. However, the essential control mechanism required to achieve both steady running patterns and non-steady behaviours, such as jumping and landing, remains unclear. Therefore, we focus on the vertical motions of the body parts and propose a new decentralized interlimb coordination mechanism. The simulation results demonstrate that the robot can generate efficient and various running patterns in response to the morphology of the body. Furthermore, the proposed model allows the robot to smoothly change its behaviour between steady running and non-steady landing depending on the situation. These results suggest that the steady and non-steady behaviours in quadruped adaptive running may share a common simple control mechanism based on the mechanical loads and vertical velocities of the body parts.

  15. On the Stability of Bicycle-Inspired Balance Control for Running Quadruped Robots 査読有り

    S. Hattori, S. Suzuki, F. Akira, T. Kano, A. Ishiguro

    Proceedings of the SICE annual conference, (SICE2021)　2021年9月

  16. Toward understanding design principle of polysemantic body underlying animal’s versatile behaviors 査読有り

    Fukuhara, Akira, Gunji, Megu, Masuda, Yoichi, Amaike, Hayato, Miyashita, Kazuhiro, Wakamoto, Ryo, Tadakuma, Kenjiro, Ishikawa, Masato, Ishiguro, Akio

    The 9.5th international symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines　2021年6月

    DOI： 10.18910/84883 　

  17. Simulation study of a galloping quadruped robotwith a flexible shoulder hammock structure 査読有り

    Akira Fukuhara, Megu Gunji, Yoichi Masuda, Kenjiro Tadakuma, Akio Ishiguro

    The 9.5th international symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines　2021年6月

    DOI： 10.18910/84856 　

  18. WaltzBots: Toward understanding interpersonal coordination mechanism underlying ballroom dance

    A. Fukuhara, T. Kano, R. Kobayashi, Y. Yamamoto, A. Ishiguro

    Proc. of The 9.5th international symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2021)　2021年6月

    DOI： 10.18910/84855 　

  19. Decentralized Control Mechanisms Underlying Neck–limb Coordination in Horse Walking and Trotting 査読有り

    S. Suzuki, A. Norita, A. Fukuhara, T. Kano, A. Ishiguro

    The 9.5th international symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines　2021年6月

    DOI： 10.18910/84865 　

  20. Model-free balance control for running quadruped robots using bicycle dynamics 査読有り

    S. Hattori, S. Suzuki, F. Akira, T. Kano, A. Ishiguro

    Proc. of The 9.5th international symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2021)　2021年6月

    DOI： 10.18910/84857 　

  21. Simulation of quadruped robot walking considering anatomical features of distal forelimb 査読有り

    H. Amaike, A. Fukuhara, M. Gunji, Y. Masuda, K. Tadakuma, T. Kano, A. Ishiguro

    2021年6月

    DOI： 10.18910/84852 　

  22. 前腕の解剖学的特徴を有する四脚ロボットの歩行シミュレーション

    天池 隼斗, 福原 洸, 郡司 芽久, 増田 容一, 多田隈 建二郎, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2021　2P2-F07　2021年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmermd.2021.2p2-f07 　

    eISSN：2424-3124

  23. 四脚ロボットの効率的な頷き歩行に活用可能な頸部の開発

    福原 洸, 郡司 芽久, 増田 容一, 多田隈 建二郎, 鈴木 朱羅, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2021　2P2-F14　2021年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmermd.2021.2p2-f14 　

    eISSN：2424-3124

  24. 適応的な跳躍運動が可能な脚式ロボットの実現に向けての一考察

    馬場 智主, 鈴木 朱羅, 福原 洸, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2021　1P3-F08　2021年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmermd.2021.1p3-f08 　

    eISSN：2424-3124

  25. 移動速度に応じた首振り運動を発現可能な四脚ロボットの自律分散制御則

    乗田 篤志, 鈴木 朱羅, 福原 洸, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2021　1P3-F03　2021年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmermd.2021.1p3-f03 　

    eISSN：2424-3124

  26. 徘徊性クモ類に学ぶ静水骨格系を活用した脚間協調制御則

    山地 聡史, 安井 浩太郎, 福原 洸, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2021　1P3-F05　2021年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmermd.2021.1P3-F05 　

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    <p>Autonomous decentralized control could be the key to design soft-bodied robots that have a huge number of degrees of freedom. To address this issue, we focus on a wandering spider with a hydrostatic skeleton and aim to understand the decentralized control mechanism underlying their coordination pattern between limbs (i.e., interlimb coordination). For this purpose, we employed an approach wherein we construct a simple mathematical model based on biological insights. We proposed a phenomenological model that can describe fluid dynamics and built a three-dimensional robot model with a simple local reflexive mechanism based on the interaction between flexor muscles and body fluid in their legs. As a first step, we succeeded in reproducing locomotion in which two legs move in anti-phase via simulation.</p>

  27. Emergence of swing-to-stance transition from interlocking mechanism in horse hindlimb 査読有り

    Kazuhiro Miyashita, Yoichi Masuda, Megu Gunji, Akira Fukuhara, Kenjiro Tadakuma, Masato Ishikawa

    IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems　7860-7865　2020年10月24日

    DOI： 10.1109/IROS45743.2020.9341026 　

    ISSN：2153-0858

    eISSN：2153-0866

  28. A bio-inspired quadruped robot exploiting flexible shoulder for stable and efficient walking 査読有り

    Akira Fukuhara, Megu Gunji, Yoichi Masuda, Kenjiro Tadakuma, Akio Ishiguro

    IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems　7832-7839　2020年10月24日

    DOI： 10.1109/IROS45743.2020.9341444 　

    ISSN：2153-0858

    eISSN：2153-0866

  29. On the Determinant of Spontaneous Gait Transition in Legged Locomotion 査読有り

    Akira Fukuhara, Dai Owaki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    SICE annual conference (SICE2019)　254-257　2020年10月

  30. 安定かつ適応的な高速走行の実現を目指した四脚ロボットの開発

    馬場 智主, 鈴木 朱羅, 福原 洸, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2020　2A1-K03　2020年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmermd.2020.2a1-k03 　

    eISSN：2424-3124

  31. Adaptive One-dimensional Crawling Robot Driven by Simple Decentralized Control Mechanism.

    Takeshi Kano, Rodrigo Senofieni, Akira Fukuhara, Akio Ishiguro

    ALIFE　696-698　2020年

    DOI： 10.1162/isal_a_00250 　

  32. Decentralized control mechanism for body-limb coordination in quadruped running.

    Akira Fukuhara, Yukihiro Koizumi, Shura Suzuki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Adaptive Behaviour　28　(3)　2020年

    DOI： 10.1177/1059712319865180 　

  33. Development of quadruped robot that can exploit shoulder hammock structure 査読有り

    Akira Fukuhara, Megu Gunji, Yoichi Masuda, Kenjiro Tadakuma, Akio Ishiguro

    2020 IEEE/SICE International Symposium on System Integration(SII2020)　1139-1143　2020年1月

    DOI： 10.1109/SII46433.2020.9026169 　

  34. Efficient Quadrupedal Walking Via Decentralized Coordination Mechanism between Limbs and Neck 査読有り

    A. Fukuhara, S. Suzuki, T. Kano, A. Ishiguro

    Proc. of 2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems　1715-1720　2019年11月

  35. Decentralized Coordination Mechanism between Neck and Limbs for Efficient Quadrupedal Walking 査読有り

    Akira Fukuhara, Shura Suzuki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS2019)　1715-1720　2019年11月

  36. Inter- and intra-limb coordination mechanism under limited actuator capabilities in adaptive quadruped locomotion 査読有り

    A. Fukuhara, S. Saito, W. Suda, T. Kano, A. Ishiguro

    Proceedings of the 9th International Symposium on Adaptive Motion in Animals and Machines (AMAM)　A22　2019年8月

  37. Decentralized control scheme for adaptive body-limb coordination in centipede walking 査読有り

    Akira Fukuhara, Sora Saito, Wataru Suda, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    AMAM2019　A22　2019年8月

  38. Decentralized control mechanism for body–limb coordination in quadruped running 査読有り

    Akira Fukuhara, Yukihiro Koizumi, Shura Suzuki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Adaptive Behavior　2019年8月

  39. Body-limb coordination mechanism underlying sea roaches’ speed-dependent gait transition 査読有り

    T. Kano, Y. Ikeshita, A. Fukuhara, A. Ishiguro

    Scientific Reports　9　(2848)　2019年2月

  40. 胴体の屈曲伸展運動と脚運動の協調により高速走行可能な四脚口ボットの開発

    小泉 幸照, 鈴木 朱羅, 福原 洗, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2019　2P2-G03　2019年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmermd.2019.2p2-g03 　

    eISSN：2424-3124

  41. Toward Orchestrating Whole Bodily Degrees of Freedom

    Akio Ishiguro, Akira Fukuhara

    Journal of the Robotics Society of Japan　37　(2)　121-125　2019年

    出版者・発行元： The Robotics Society of Japan

    DOI： 10.7210/jrsj.37.121 　

    ISSN：0289-1824

    eISSN：1884-7145

  42. Minimal Model for Body–Limb Coordination in Quadruped High-Speed Running 査読有り

    Proceedings of The 15th International Conference on the Simulation of Adaptive Behavior (SAB2018)　56-65　2018年8月

  43. Spontaneous Gait Transition to High-speed Galloping by Reconciliation between Body Support and Propulsion 査読有り

    Advanced Robotics　32　(15)　794-808　2018年8月

  44. A Minimal Model for Body-limb Coordination in Quadruped Locomotion 査読有り

    Proceedings of The 8th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines（AMAM2017)　106-107　2017年6月

  45. Gait Transition to Gallop via an Interlimb Coordination Mechanism Based on Tegotae from Body Support and Propulsion 査読有り

    Proceedings of The 8th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines（AMAM2017)　80-81　2017年6月

  46. A Simple Body-limb Coordination Model that Mimics Primitive Tetrapod Walking 査読有り

    Shura Suzuki, Akira Fukuhara, Dai Owaki, Takeshi Kano, Auke J. Ijspeert, Akio Ishiguro

    2017 56TH ANNUAL CONFERENCE OF THE SOCIETY OF INSTRUMENT AND CONTROL ENGINEERS OF JAPAN (SICE)　12-14　2017年

    DOI： 10.23919/SICE.2017.8105624 　

  47. Quadruped Gait Transition from Walk to Pace to Rotary Gallop by Exploiting Head Movement 査読有り

    Shura Suzuki, Dai Owaki, Akira Fukuhara, Akio Ishiguro

    BIOMIMETIC AND BIOHYBRID SYSTEMS, LIVING MACHINES 2016　9793　532-539　2016年

    DOI： 10.1007/978-3-319-42417-0_58 　

    ISSN：0302-9743

  48. Leg Stiffness Control Based on "TEGOTAE" for Quadruped Locomotion 査読有り

    Akira Fukuhara, Dai Owaki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    BIOMIMETIC AND BIOHYBRID SYSTEMS, LIVING MACHINES 2016　9793　79-84　2016年

    DOI： 10.1007/978-3-319-42417-0_8 　

    ISSN：0302-9743

  49. Securing an optimum operating field without undesired tissue damage in neurosurgery 査読有り

    A. Fukuhara, T. Tsujita, K. Sase, A. Konno, A. Nakagawa, T. Endo, T. Tominaga, X. Jiang, S. Abiko, M. Uchiyama

    ADVANCED ROBOTICS　30　(19)　1245-1259　2016年

    DOI： 10.1080/01691864.2016.1200483 　

    ISSN：0169-1864

    eISSN：1568-5535

  50. GPU-accelerated surgery simulation for opening a brain fissure 査読有り

    Kazuya Sase, Akira Fukuhara, Teppei Tsujita, Atsushi Konno

    ROBOMECH Journal　2　(1)　Article 7　2015年12月1日

    出版者・発行元： Springer International Publishing

    DOI： 10.1186/s40648-015-0040-0 　

    ISSN：2197-4225

  51. New Hypothesis for the Mechanism of Quadruped Gait Transition 査読有り

    Proc. of The First International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics(SWARM2015)　257-278　2015年10月

  52. Proposition and Evaluation of Collision Detection Method for Real Time Surgery Simulation of Opening a Brain Fissure 招待有り 査読有り

    ROBOMECH Journal　1　(1)　Article 6　2014年9月

  53. Optimization of Retraction in Neurosurgery to Avoid Damage Caused by Deformation of Brain Tissues 査読有り

    Akira Fukuhara, Teppei Tsujita, Kazuya Sase, Atsushi Konno, Xin Jiang, Satoko Abiko, Masaru Uchiyama

    2014 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ROBOTICS AND BIOMIMETICS IEEE-ROBIO 2014　588-594　2014年

    DOI： 10.1109/ROBIO.2014.7090394 　

  54. Development of a Brain Surgery Simulator 招待有り

    Atsushi Konno, Masano Nakayama, Xiaoshuai Chen, Akira Fukuhara, Kazuya Sase, Teppei Tsujita, Satoko Abiko

    Proceedings of the International Symposium on Interdisciplinary Research and Education on Medical Device Developments　2013年9月

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MISC 37

  1. Rethinking the four-wing problem in plesiosaur swimming using bio-inspired decentralized control (Vol 14, 25333, 2024)

    Akira Fukuhara, Mitsutoshi Sato, Hisayuki Ogawa, Tamaki Sato, William Sellers, Akio Ishiguro

    SCIENTIFIC REPORTS　15　(1)　2025年1月28日

    DOI： 10.1038/s41598-024-80402-5 　

    ISSN： 2045-2322

  2. Decentralized control mechanism for limb steering in quadruped robot walking (Jul, 10.1080/01691864.2024.2376030, 2024)

    Hayato Amaike, Akira Fukuhara, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    ADVANCED ROBOTICS　38　(21)　0i-0i　2024年11月1日

    DOI： 10.1080/01691864.2024.2391681 　

    ISSN： 0169-1864

    eISSN： 1568-5535

  3. 四脚動物に内在する全身自由度間の協調制御原理の構成論的理解に向けて-胴体・脚間協調制御原理に関する一考察-

    澤田悟空, 前田慧史, 服部祥英, 服部祥英, 鈴木朱羅, 安井浩太郎, 福原洸, 石黒章夫

    日本ロボット学会学術講演会予稿集(CD-ROM)　42nd　2024年

  4. 胴体の柔軟性を活用した四脚ロボットの胴体・脚間協調制御

    澤田悟空, 前田慧史, 浅岡雄也, 服部祥英, 服部祥英, 鈴木朱羅, 鈴木朱羅, 安井浩太郎, 福原洸, 小林亮, 石黒章夫

    日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会講演論文集(CD-ROM)　2024　2024年

    ISSN： 2424-3124

  5. 手応え制御の設計論構築を目指して

    鈴木朱羅, 鈴木朱羅, 安井浩太郎, 福原洸, 大脇大, 加納剛史, 石黒章夫

    自律分散システム・シンポジウム(CD-ROM)　35th　2023年

  6. 状況と多義性 第一報:荷重の偏りと摩擦から生じる多義性

    増田容一, 鈴木朱羅, 福原洸, 石川将人

    自律分散システム・シンポジウム(CD-ROM)　35th　2023年

  7. 食肉目哺乳類の多義的な前肢に備わる前腕不動化現象の理解に向けて

    福原洸, 天池隼斗, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫

    自律分散システム・シンポジウム(CD-ROM)　35th　2023年

  8. 食肉目哺乳類の多義的な前肢の筋腱連動メカニズムの検討

    福原洸, 天池隼斗, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫

    日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会講演論文集(CD-ROM)　2023　2023年

    ISSN： 2424-3124

  9. 四脚動物のリード脚の挙動に着目した高速旋回メカニズムに関する一考察

    前田友絵, 天池隼斗, 福原洸, 加納剛史, 石黒章夫

    日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会講演論文集(CD-ROM)　2023　2023年

    ISSN： 2424-3124

  10. 食肉目哺乳類の多義的な前肢の運動理解にむけた多自由度脚機構の提案

    福原洸, 天池隼斗, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫

    日本ロボット学会学術講演会予稿集(CD-ROM)　41st　2023年

  11. ウマが示す移動速度に応じた頭頸部と脚部の協調運動を発現可能な自律分散制御モデル

    乗田篤志, 浅岡雄也, 鈴木朱羅, 鈴木朱羅, 福原洸, 加納剛史, 石黒章夫

    自律分散システム・シンポジウム(CD-ROM)　34th　2022年

  12. 旋回実現のための前腕の活用~遠位部から姿勢を変える~

    天池隼斗, 福原洸, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 加納剛史, 石黒章夫

    自律分散システム・シンポジウム(CD-ROM)　34th　2022年

  13. 柔軟な肩部ハンモック構造による四脚ロボットの歩行安定化

    福原洸, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫

    日本ロボット学会学術講演会予稿集(CD-ROM)　38th　2020年

  14. 四脚動物の前肢に備わる不動化機構の検討

    天池隼斗, 福原洸, 郡司芽久, 増田容一, 多田隈建二郎, 石黒章夫

    日本ロボット学会学術講演会予稿集(CD-ROM)　38th　2020年

  15. 全身自由度総動員制御の実現に向けて 招待有り

    石黒 章夫, 福原 洸

    日本ロボット学会誌　37　(2)　121-125　2019年2月

  16. 足場の滑りやすさに応じた歩行運動を創発可能な6脚ロボットの自律分散制御

    須田 渉, 安井 浩太郎, 福原 洗, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2019　(0)　2P2-F06　2019年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmermd.2019.2P2-F06 　

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    <p>Insects can walk in unstructured environments such as trees and rocks by changing foot trajectory and coordination pattern between limbs (i.e., interlimb coordination). Although we previously proposed a simple decentralized control scheme using local feedback based on ground reaction force, the control mechanism underlying adaptive foot trajectory in insects' locomotion has not yet been clarified. To reveal the control mechanism in adaptive foot trajectory, this study conducted biological experiments in which crickets walk up against a slope with inhomogeneous frictional coefficient. Based on experimental results, we propose a decentralized control mechanism in which adaptive foot trajectory changes in response to the slipperiness of the terrain.</p>

  17. 足並みの疎密波の向きを適応的に改変可能な多脚ロボットの開発

    高野 俊輔, 安井 浩太郎, 早瀬 友美乃, 福原 洗, 加納 剛史, 小林 亮, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2019　(0)　2P2-F08　2019年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmermd.2019.2P2-F08 　

    詳細を見る 詳細を閉じる

    <p>Myriapod walking is achieved by propagating leg density waves along the body axis, and the leg density wave is classified as direct wave or retrograde wave compared to the direction of body movement. It is known that the direction of leg density waves differs according to the species, but the determining factor for such a difference is not understood well. In order to solve the problem, we previously observed the locomotion of centipedes and reported that direct wave gait could be generated by a control mechanism to avoid leg crossing. However, the control mechanism for generating retrograde wave gait has not been investigated enough. In this paper, we extended the previous control scheme by considering a walking strategy of following the ground contact point for retrograde wave gait and developed a multi-legged robot as a platform to validate the control scheme.</p>

  18. 脚運動と胴体の屈曲運動の協調が可能なゴカイ型ロボットの開発

    昆野 巧実, 安井 浩太郎, 福原 洗, 加納 剛史, 石黒 章夫

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2019　(0)　2P2-F09　2019年

    出版者・発行元： 一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmermd.2019.2P2-F09 　

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    <p>Polychaetes have a number of body segments with a pair of parapodia. They walk and swim effectively by coordinating motion of parapodia and undulation of the flexible body. Clarifying the control mechanism underlying coordination between parapodia and body, we can not only provide new insights to biology but also contribute to developing multi-legged robots that can move effectively. For that purpose, our previous study proposed a decentralized control scheme that enables coordination between the motion of parapodia and body undulation in polychaete locomotion and validated it via simulations. However, the validity of the control scheme in the real world environment has not been verified yet. Accordingly, in this study, we developed a polychaete-like robot as a platform for validation.</p>

  19. 四脚動物の高速ロコモーションに内在する脚間協調メカニズムに関する研究

    福原 洸

    東北大学　2018年3月

  20. 胴体の屈曲伸展と脚の運動の自律的な協調により高速走行可能なチーター型ロボットの開発

    小泉幸煕, 鈴木朱羅, 福原洸, 加納剛史, 石黒章夫

    日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会（ROBOMEC2018），講演論文集(CD-ROM)　1P1-D16　2018年

  21. 多足類から考える昆虫????の脚間協調メカニズム

    齊藤空良, 福原洸, 加納剛史, 石黒章夫

    日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会（ROBOMEC2018），講演論文集(CD-ROM )　1P1-E15　2018年

  22. 「忖度」に基づいた自律分散制御則の脚式ロコモーションへの適用

    須田渉, 加納剛史, 浅利宗弘, 福原洸, 菅原研, 石黒章夫

    日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会（ROBOMEC2018），講演論文集(CD-ROM)　1P1-E13　2018年

  23. 脚の切断状況に応じた歩行運動を生成可能な6脚ロボットの自律分散制御則

    宮澤咲紀子, 大脇大, 福原洸, 加納剛史, 石黒章夫

    第30回自律分散システムシンポジウム資料　127-131　2018年

  24. 四脚動物の高速走行時における胴体・脚間の協調メカニズムのミニマルモデル

    小泉 幸煕, 鈴木 朱羅, 福原 洸, 加納 剛史, 石黒 章夫

    第18回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（SI2017）予稿集　3077-3080　2017年12月

  25. 身体の支持と推進の「手ごたえ」を活用する四脚ロボットの開発

    福原洸, 大脇大, 加納剛史, 石黒章夫

    日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会（ROBOMEC2017）, 講演論文集(CD-ROM)　1A1-D09　2017年5月

  26. 身体支持と推進の手応えに基づく脚間協調制御則によるGallopへの歩容遷移

    福原洸, 大脇大, 加納剛史, 小林亮, 石黒章夫

    第29回自律分散システムシンポジウム資料　46-50　2017年1月

  27. 身体の支持と推進の寄与変化に基づく低速から高速へのシームレスな四脚歩容遷移の実現

    福原洸, 大脇大, 加納剛史, 小林亮, 石黒章夫

    SICE東北支部第304回研究集会資料集　304-6-7　2016年10月

  28. 頭部運動を活用した四脚ロボットのWalk-Pace-Rotary gallop間歩容遷移

    大脇大, 鈴木修羅, 福原洸, 石黒章夫

    日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会（ROBOMEC2016），講演論文集(CD-ROM)　1A2-05a1　2016年6月

  29. 頭部運動の活用による四脚ロコモーションの歩容遷移

    鈴木朱羅, 福原 洸, 大脇大, 石黒章夫

    第28回自律分散システムシンポジウム予稿集　112-115　2016年1月

  30. 関節剛性が四脚ロコモーションへ及ぼす影響に関する考察

    福原洸, 大脇大, 加納剛史, 石黒章夫

    第21回創発システム・シンポジウム講演資料集　P-15　2015年8月

  31. 関節剛性が脚間協調へ及ぼす影響に関する考察

    福原洸, 大脇大, 加納剛史, 石黒章夫

    日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会（ROBOMEC2015），講演論文集(CD-ROM)　2A2-T01　2015年5月

  32. 術具による脳組織圧排に伴う 損傷を回避する脳深部病変への最適手術経路計画

    福原 洸, 辻田 哲平, 佐瀬 一弥, 近野 敦, 姜 欣, 安孫子 聡子, 内山 勝

    第 32 回日本ロボット 学会学術講演会予稿集　3H2-01　2014年9月

  33. 3A1-B03 脳腫瘍摘出シミュレーションのための安定な柔軟物破壊モデル(医療ロボティクス・メカトロニクス(1))

    佐瀬 一弥, 近野 敦, 辻田 哲平, 福原 洸, 陳 暁帥, 小水内 俊介

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2014　"3A1-B03(1)"-"3A1-B03(4)"　2014年5月24日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

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    This paper proposes a stable method for simulating brain tumor resection. During resection, soft tissues deform with local large rotation which is unacceptable with the small deformation theory. Furthermore, fracture simulation requires high computing cost and topology change which leads the simulation unstable. In order to calculate the large rotational deformation, we adopted corotational FEM. In addition, a stable element removal method for fracture simulation is developed. The method handles the singularity of tetrahedral mesh in real-time. Two simple fracture simulations show that these implementations works well. Finally, a brain tumor resection simulation is performed, in which instability is successfully avoided. These facts show that proposed methods are effective for simulating brain tumor resection.

  34. 3A1-B04 GPGPUを活用した実時間脳腫瘍摘出シミュレーション(医療ロボティクス・メカトロニクス(1))

    佐瀬 一弥, 近野 敦, 辻田 哲平, 福原 洸, 陳 暁帥, 小水内 俊介

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2014　"3A1-B04(1)"-"3A1-B04(4)"　2014年5月24日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

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    This paper proposes a parallelization method for brain tumor resection simulation using General Purpose Graphics Processing Unit (GPGPU). The simulation is performed by using corotational FEM for fracture handling. However, the calculating cost is too high to execute in real-time. The bottlenecks of the simulation are solving linear system of equation and assembly procedure of global stiffness matrix. In order to achieve real-time simulation, we apply the large scale parallelization using GPGPU to the bottlenecks. The proposed method optimizes memory consumptions and calculations by taking account of symmetry property of the stiffness matrices. This paper shows that the proposed method enables the simulation to run in around one and half times faster than the case of multi-core CPU parallelization.

  35. 2A1-L02 脳裂開放シミュレーションのための接触判定法の提案(手術支援ロボティクス・メカトロニクス(1))

    福原 洸, 辻田 哲平, 佐瀬 一弥, 近野 敦, 姜 欣, 安孫子 聡子, 内山 勝

    ロボティクス・メカトロニクス講演会講演概要集　2013　"2A1-L02(1)"-"2A1-L02(4)"　2013年5月22日

    出版者・発行元： 一般社団法人日本機械学会

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    In Neurosurgery, Opening a brain fissure allows an operator to access to basis cranii and to treat a disease part safely, but the operator is required high technique. The goal of this study is to develop a Neurosurgery simulator enabling surgeons to train opening a brain fissure procedure. Simulation of excluding soft tissue needs collision detection between a soft tissue and tools and choosing suitable contact displacement. In this study, collision detection considered its previous condition is proposed and opening a brain fissure simlation is performed with this method. In addition, the computation of collision detection is accelerated with GPU.

  36. 脳裂解法シミュレーションのた めの接触判定法の提案

    福原 洸, 辻田 哲平, 佐瀬 一弥, 近野 敦, 姜 欣, 安孫子 聡子, 内山 勝

    日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会 2013 講演論文集　2A1-L02　2013年5月

  37. 実時間脳外科手術シミュレータの ためのロバ ストな生体 組織変形・剥離モデルと力覚インタラクション

    佐瀬 一弥, 福原 洸, 辻田 哲平, 近野 敦

    第 32 回日本ロボット学会学術 講演会予稿集　3H2-03

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講演・口頭発表等 17

  1. Development of quadruped robot that can exploit shoulder hammock structure

    Akira Fukuhara, Megu Gunji, Yoichi Masuda, Kenji Tadakuma, Akio Ishiguro

    2020 IEEE/SICE International Symposium on System Integration(SII2020)　2020年1月15日

  2. Decentralized Coordination Mechanism between Neck and Limbs for Efficient Quadrupedal Walking

    Akira Fukuhara, Shura Suzuki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS2019)　2019年11月6日

  3. Decoding Body-limb Coordination Mechanism Underlying Animal Locomotion 招待有り

    Akira Fukuhara

    Workshop on Advances in Soft Robots Control, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS2019)　2019年11月4日

  4. On the Determinant of Spontaneous Gait Transition in Legged Locomotion

    Akira Fukuhara, Dai Owaki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    SICE annual conference (SICE2019)　2019年9月11日

  5. Flexible Inter- and Intra-limb Coordination via Simple Decentralized Control Mechanism

    Akira Fukuhara, Sora Saito, Wataru Suda, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    The 9th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2019)　2019年8月20日

  6. How Animals Coordinate Their Limbs?

    Akira Fukuhara

    The 9th International Congress on Industrial and Applied Mathematics (ICIAM 2019)　2019年7月18日

  7. Tegotae-based Control: Toward Understanding the Control Mechanism Underlying Animal Locomotion 国際会議 招待有り

    Akira Fukuhara

    IROS 2018 Workshop on Controlling Soft Robots: Model-based vs. Model-free Approaches　2018年10月1日

  8. Minimal Model for Body-Limb Coordination in Quadruped High-Speed Running 国際会議

    Akira Fukuhara, Yukihiro Koizumi, Shura Suzuki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    SAB2018　2018年8月16日

  9. 身体の支持と推進の「手ごたえ」を活用する四脚ロボットの開発

    福原 洸, 大脇大, 加納剛史, 石黒章夫

    ROBOMECH2017　2017年5月11日

  10. 身体支持と推進の手応えに基づく脚間協調制御則によるGallopへの歩容遷移

    福原 洸

    第29回自律分散システムシンポジウム　2017年1月30日

  11. 身体の支持と推進の寄与変化に基づく低速から高速へのシームレスな四脚歩容遷移の実現

    福原 洸, 大脇大, 加納剛史, 石黒章夫

    計測自動制御学会 東北支部 第304回 研究集会　2016年10月21日

  12. Leg Stiffness Control Based on "TEGOTAE" for Quadruped Locomotion 国際会議

    Akira Fukuhara, Dai Owaki, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    Living Machines 2016　2016年7月19日

  13. 関節剛性が脚間協調へ及ぼす影響に関する考察

    福原 洸, 大脇大, 加納剛史, 石黒章夫

    ROBOMECH2015　2015年5月19日

  14. Optimization of Retraction in Neurosurgery to Avoid Damage Caused by Deformation of Brain Tissues 国際会議

    Akira Fukuhara, Teppei Tsujita, Kazuya Sase, Atsushi Konno, Xin Jiang, Satoko Abiko, Masaru Uchiyama

    ROBIO2014　2014年12月6日

  15. 術具による脳組織圧排に伴う 損傷を回避する脳深部病変への最適手術経路計画

    福原 洸, 辻田哲平, 佐瀬一弥, 近野敦,姜欣, 安孫子聡子, 内山 勝

    第32回ロボット学会学術講演会　2014年9月4日

  16. 脳裂解法シミュレーションのための接触判定法の提案

    福原洸, 辻田哲平, 佐瀬一弥, 近野敦, 姜欣, 安孫子聡子, 内山勝

    2013年5月25日

  17. Robotics-inspired Biology: Simple Decentralized Control Mechanism Reproduces Versatile Gait Patterns in Quadruped Locomotion

    Akira Fukuhara, Takeshi Kano, Akio Ishiguro

    International Congress of Vertebrate Morphology (ICVM2019)　2019年7月22日

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共同研究・競争的資金等の研究課題 13

  1. 食肉目哺乳類の多様な振る舞いから切り拓く四脚ロボットの多義化設計

    福原 洸, 増田 容一, 郡司 芽久, 加瀬 ちひろ

    2024年4月1日 ～ 2028年3月31日

  2. 古生物運動制御学：絶滅動物の運動様式の革新的復元方法の創成

    石黒章夫, 加納 剛史, 福原 洸, 佐藤 たまき

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Tohoku University

    2022年4月 ～ 2026年3月

  3. 解剖・運動計測・ロボット再現の融合によるウマ脚部の写実的運動モデリング

    増田 容一, 福原 洸, 郡司 芽久

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Osaka University

    2022年4月 ～ 2025年3月

  4. 動物の前腕ロック機構から切り拓く四脚ロボットの前肢多自由度化

    福原 洸, 増田 容一, 郡司 芽久

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    2021年4月 ～ 2024年3月

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    当該年度では，１）動物解剖による前腕部分の構造把握と体重支持時のロック機構の検証・計測方法の検討，２）ロボットモデルによる前腕自由度の活用メカニズムの検討，ならびに３）反射メカニズムによる横断面上のバランス制御にそれぞれ取り組んだ． 動物の回内・回外自由度におけるロック状態を計測するために，肘などの姿勢依存性や体重支持に相当する垂直荷重の影響を含めて検証するため，サンプル自体を適切に固定する必要がある．当該年度ではサンプルの上腕部分を固定するための治具の検討を進め，固定方法を確立した．今後は，前腕部分のねじり剛性の計測を進める． ロボットモデルによる前腕自由度の活用メカニズムにおいては，脚の接地の応じて前腕を捻る運動が旋回運動を誘発することを確かめた．このことは，従来のロボットの旋回に用いられるストライド長の左右差や外転・内転自由度の活用とは異なる新たな旋回戦術につながると期待できる．今後はロボット実機を含めた提案モデルの有用性を確かめる．また，解剖学的特徴をロボットへ実装する新しい手法として，動物の筋・テンドンネットワークや柔軟な部材を実装する手法についてもいくつかの試作を進めることができた． 旋回運動では重心が左右方向へ変化するため，姿勢安定のためのメカニズムが重要となる．本研究のテーマでもある前腕などの末梢部の構造を活用し，旋回時のバランス維持するためには，脚の遠位側のみならず，肩などの遠位側の運動調整が重要であると考えられる．そこで当該年度では，ロボットの身体の負荷状況に応じたよろめき動作による運動調整メカニズムの検討を行った．その結果，姿勢変化に応じて，ロボットの転倒を防ぐ方向へ脚を送る振る舞いが創発された．今後は，提案システムをより定量的に評価し，旋回運動などへの寄与も検証してゆく．

  5. 対人運動技能の制御・学習則の解明

    山本 裕二, 木島 章文, 福原 洸, 横山 慶子, 島 弘幸, 小林 亮, 加納 剛史, 石黒 章夫, 奥村 基生

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Nagoya University

    2020年4月 ～ 2024年3月

  6. バクテリアのバイオフィルム形成現象から切り拓く超サバイバルシステムの革新的設計論

    加納 剛史, 福原 洸, 石黒 章夫, 安井 浩太郎

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

    研究機関：Tohoku University

    2019年10月7日 ～ 2023年3月31日

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    本研究では，環境への適応戦略を自律的に創出し，過酷な環境下でも機能する「サバイバビリティ」の高い人工物システムの設計論構築を目指す.目的達成のた め，バクテリアのバイオフィルムが示す環境適応戦略の発現原理を解明する.バイオフィルムは，複数のバクテリアと場の間の相互作用により自己組織的に形成 された構造体であり，個々のバクテリアの足し算を超えた強靭なサバイバビリティを実現している.英国の浅利はこれまで，枯草菌を用い，1)一部の細胞が犠牲 になることで全体の機能を維持する，2)各細胞が一時的に栄養を摂取制限することで全体の細胞を共存させる，といった利他的な戦略がサバイバビリティ実現の 鍵であることを示した.本研究では，このようなサバイバル戦略の発現メカニズムの解明を試みる. 当初，遺伝子ノックアウトにより利他的な戦略を封じられた個体群を徐々に環境を厳しくする実験条件下で複数世代にわたって培養し，個体群が生き延びるため の戦略をどのように創出するかを観察する予定であったが，議論の結果この実験は技術的に困難であることが判明した．そこで，様々な生命・社会システムにおけるサバイバビリティの発現メカニズムを探り，それらの間に成り立つ普遍原理を追求する方針とした．昨年度はCOVID-19流行下でもしぶとく経済活動を維持し続けるための方策を提案した他，イトミミズやチスイコウモリの群れが厳しい環境下で生き延びる戦略の発現メカニズムの解明を試みた．

  7. 四脚動物の肩部ハンモック構造から切り拓く即時適応的な柔剛調節メカニズム

    福原 洸

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    研究機関：Tohoku University

    2021年4月 ～ 2023年3月

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    当該年度では，動物の解剖学的特徴を取り入れた四脚ロボットモデルを構築し，シミュレーションとロボット実機検証の両方を進めた．シミュレーションでは，四脚動物が高速走行時に示すgallop歩容やbound歩容において，前肢基部の柔軟性が走行速度・移動エネルギ効率にどのような影響を及ぼすのかを検証した．その結果，歩容に応じて効率的に走行可能な前肢基部の剛性は異なるということが示唆された．例えば，歩行運動では前肢基部が適切に柔らかいことが移動に有利に働いたが，bound走行では重心の位置を素早く上昇に転じさせるために，前肢基部は剛である方が有利であることがシミュレーション結果から示唆されている．これは，状況依存的に剛性を調整可能な制御則を構築するうえで，重要な知見となることが期待できる． また，動物の前肢基部の柔軟性が果たす機能を３次元的な運動を含めて理解するために，ネコの大まかな筋配置を模したロボット実機を構築し，足踏み動作による挙動検証を行った．肩甲骨に相当する前肢基部が体重支持期に背中側へ伸展しつつ，横断面上に回転する振る舞いが観察された．今後，３次元的な前肢基部の可動性が様々な運動タスクにおいてどのような影響があるのかを検証予定である． ３次元運動の候補として左右方向の姿勢安定性（lateral stability）について，よりシンプルなロボットモデルを構築し検討を進めている．当該年度では，横方向への強い外乱に対して，各身体部位の変位や力などの情報に基づき横方向へと足を踏み出すよろめき動作の再現を目指し，ロボットプラットフォームをいくつか試作を進めた．

  8. 生物を超えて：双腕付き四脚ロボットの創成

    2020年4月 ～ 2021年3月

  9. 首長竜の首はなぜ長い？自律分散制御が切り拓く古生物の運動再現手法の新展開

    福原 洸

    2019年6月 ～ 2021年3月

  10. 現存生物に内在する自律分散制御則から切り拓く古生物の運動様式の革新的再現手法 競争的資金

    福原 洸

    2019年4月 ～ 2021年3月

  11. ロボットよ，ワルツを踊れ！

    福原 洸

    2019年10月 ～ 2020年9月

  12. 動物の形態機能と運動制御から切り拓くタフな自律移動ロボットの設計原理

    2019年11月 ～ 2020年3月

  13. マルチテレストリアルロコモーションから解き明かす脚間・脚内協調メカニズム

    福原 洸

    2016年4月22日 ～ 2018年3月31日

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    前年度の研究成果により，四脚動物が示す移動速度に応じた適応的な足並み（歩容と呼ばれる脚間の協調運動の時空間的秩序）は，身体支持だけでなく，身体の推進の２つの脚の役割に基づいた運動の調整が必要であることが示された．本年度では，１）身体の支持と推進に基づいた脚間協調制御則のロボット実機検証と，２）提案モデルを通した四脚動物の運動メカニズムの理解の２つの研究要素について実施した．以下にその概要を示す． １）身体の支持と推進に基づいた脚間協調制御則のロボット実機検証 前年度の構築した提案制御則の実世界での有用性をロボット実機を開発して検証した．開発したロボットは，床反力の身体支持成分だけでなく身体の推進方向成分を抽出できるように，脚先に３軸の力覚センサを実装している．実験結果から，身体推進に関するフィードバック則のゲインに応じて，ロボットの左右脚の運動の非対称性が強まり，移動速度・移動効率が向上することが明らかになった．力学的相互作用のみに基づくシンプルな脚間協調制御則よってgallopへの自発的な歩容遷移を再現したのは，世界で初めての研究事例である． ２）提案モデルを通した四脚動物の運動メカニズムの理解 構築した制御則を通して，四脚動物が示すbound（ウサギなどの小動物が示す両足を揃えた走り方）とgallop（ウマなどが得意とする左右の脚をスキップのように非対称に協調させる走り方）の制御メカニズムの違いについて考察した．具体的には，身体推進に関するフィードバック則によって脚間の役割分担が自発的に生じ，非対称で高速なgallopが実現されていることを明らかにした．また，身体支持と推進のそれぞれのフィードバック則の効果と高速歩容における異なる振る舞いの関係を明らかにした．これらの知見は，環境との力学的な相互作用を積極的に活用可能なロボットの制御原理の構築において有用である．

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