プロジェクト

• (2018-) 除脳ネコのsplit-beltトレッドミル歩行での歩容適応モデルの構築

  スプリットベルト・トレッドミル歩行における視床ネコの小脳適応 (Yanagihara 1993,1998，柳原 2010)を，四脚ロボットを用いて再現し視床ネコの歩容適応の構成論的理解を目指 す．

参考文献

• Yanagihara, D., Udo, M., Kondo, I., Yoshida, T.: A new learning paradigm: adaptive changes in interlimb coordination during perturbed locomotion in decerebrate cats. Neuroscience Research, vol.18, pp.241-244, 1993.
• 柳原大: 歩行の適応的制御に関わる小脳の一酸化窒素. 運動生化学，vol.10，pp.11-16，1998．
• 柳原大: 歩行の神経機構−調節系−. 身体適応−歩行運動の神経機構とシステムモデル，シリーズ移動知第2巻，オーム社，pp.63-80，2010．
• Fujiki, S., Aoi, S., Funato, T., Tomita, N., Senda, K., Tsuchiya K.: Adaptation mechanism of interlimb coordination in human split-belt treadmill walking through learning of foot contact timing: a robotics study. J. Royal Soc. Interface vol.12, [doi:10.1098/rsif.2015.0542], 2015.
• Frigon, A., et al.: Left-right coordination from simple to extreme conditions during split-belt locomotion in the chronic spinal adult cat. J. Physiol. vol.595, no.1, pp.341-361, 2017.
• Aoi, S., Amano, T., Fujiki, S., Senda, K., Tsuchiya K.: Fast and slow adaptations of interlimb coordnation via reflex and learning during split-belt treadmill walking of a quadruped robot. Frontiers in Robotics and AI, [doi:10.3389/frobt.2021.697612], 2021.

これまでの経緯と要旨（ムービと論文リスト付）

• 2022 Mar.-
  22021 Aug.の脊髄ネコモデル(with responses)に小脳での運動学習機能を追加して，四脚split- beltトレッドミル歩行の実験中である．Yanagihara(Neurosci. Res., 1993)らの視床ネコsplit-beltトレッドミル歩行のlate adaptationと比較して，運動学習機能の評価を行う．

  実験結果（下記，論文紹介ページを参照してください）

  Publications

  • 古殿幸大，木村浩：ネコの歩容遷 移・適応の感覚-運動レベルでの構成論的理解 -脊髄モデルの検証-，自律分散システムシンポジウム, 2A3-2, 2023.01 (論文紹介 ページ)
  • 古殿幸大，木村浩：四脚ロボットを用いた視床ネコの split-belt 適応歩行の構成論的理解 -小脳レベルでの適応過程を考慮した視床ネコモデルの検証-，日本ロボット学会学術講演会，4E3-02，2022.09 (論文紹介ページ)

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• 2021 Sep.-2022 Jul.
  2021 Aug.の脊髄ネコモデル(with responses)を用いて，四脚split- beltトレッドミル歩行実験を行った．Responsesの起動に脚先速度条件を加えることにより，安定な四脚split- beltトレッドミル歩行を実現できた．Yanagihara(Neurosci. Res., 1993)らの視床ネコsplit-beltトレッドミル歩行のearly adaptationと比較して，fast-legとslow-legの支持脚期間・遊脚期間の変化，両脚支持期間B1,B2の変化に関して非常に 相似した結果が得られ た．

  実験結果

  • four-legged split-belt  locomotion with the new spinal cat model (速度比=1.6)  (MPG 25M)

  Publications

  • 古殿幸大，木村浩：四脚ロボットを用いた視床ネコの split-belt 適応歩行の構成論的理解 -小脳レベルでの適応過程を考慮した視床ネコモデルの検証-，日本ロボット学会学術講演会，4E3-02，2022.09

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• 2020 Apr.-2021 Aug.
  2020 Mar.の脊髄ネコモデルにセンサ情報に基づいてCPG位相を調節する「反応(response)」を追加して，後二脚split- beltトレッドミル歩行実験を行った．Frigon(J. Phys., 2017)らの脊髄ネコの後二脚split-beltトレッドミル歩行結果と比較し，fast-belt速度変化に対する両脚の支持脚期間・遊脚期間の変化に関して非常に 相似した結 果が得られ た．

  実験結果

  • tied-belt locomotion with the spinal cat model (速度比=1)  (MPG 9M)
  • split-belt locomotion with the spinal cat model (速度比=1.25)  (MPG 11M)
  • split-belt locomotion with the spinal cat model (速度比=2.5)  (MPG 11M)

  Publications

  • 古殿幸大，木村浩：四脚ロボットを用いた視床ネコの split-belt 適応歩行の構成論的理解 -CPGと反射・反応から構成される脊髄ネコモデルの提案と検証-，日本ロボット学会学術講演会，4E3-01，2022.09
  • K. Kodono and H. Kimura, Evaluation of a constructive spinal cat model for early adaptation in split-belt locomotion of thalamic cats utilizing a quadruped robot (PDF), Online sesstion (Bio-inspired Locomotion) of the 10th Int. Conf. on Biomimetic and Biohybrid Systems (Living Machines 2021), the video lectures (Bio-inspired Locomotion at 45:13), 2021.7.21

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• 2019 Jul.-2020 Mar.
  Frigon(J. Phys. 2017)らによって提案された脊髄レベル神経回路モデル(Fig.) を用いて，脊髄ネコ(spinal cat)のsplit-belt歩行時の早期脚間協調を再 現した．さらに小 脳での長期抑制モデルを脊髄レベル神経回路モデルに付加することで， 自発歩行能を有する除 脳ネコ(decerebrate cat)のsplit-belt歩行時の遅延脚間協調をある程 度再現した．しかし，脊髄ネコモデルに不備があるという問題が残ったため，2020 Apr.以降，脊髄ネコモデルの再構築をめざした．
  

  実験結果(Tethered 実験状況)

  • 脊髄ネコモデ ルを用いたsplit- belt四脚歩行(MPG 7M, 40M)
    (歩行開始直後はすべてのベルト速度=13.2[cm/s]，8sec.あたりでLF:左前ベルト速度=22.3[cm/s])
    
  • 除脳ネコモデルを用いたsplit-belt四脚歩行(MPG 8M, 40M)
    (歩行開始直後はすべてのベルト速度=13.2[cm/s]，14sec.あたりでLF:左前ベルト速度=22.3[cm/s])

  Publications

  • K. Kodono and H. Kimura, Split-belt Adaptation Model of a Decerebrate Cat Using a Quadruped Robot with Learning, Proc. of the  9th Int. Conf. on Biomimetic and Biohybrid Systems (Living Machines 2020), (on-line meeting), pp.217-229, 2020.7. (PDF) [https://doi.org/10.1007/978-3-030-64313-3_21]
  • 古殿幸大，木村浩：四足ロボットを用いた脊髄ネコモデルの脚負荷遷移に着目した挙動解析，2020ロボティクスメカトロニクス講演会論文集，1A1-E03，2020.05
  • 古殿幸大，木村浩：四脚ロボットを用いた除脳ネコのsplit-belt歩行における歩容適応モデルの提案，2020ロボティクスシンポジア 予稿集(PDF)，pp.320-323，2020.03

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• 2018 Oct.-2019 Mar.
  除脳ネコと同様の実験設定にするため，小鉄の水平面内姿勢角を拘束した状態でトレッドミル上を歩行させた．拘束方法として，小鉄前部の一端にヒモを結び，ヒモに常にテン ションがかかるよう，バネがヒモを引っ張る装置を用いた． この時，ヒモによるロール運動への影響は十分に小さいとみなせる．
  

  実験結果(Tethered 実験状況)

  • tied-belt 歩行 (MPG 12M) （歩行開始直後からすべてのベルト速度=13.2[cm/s]）　　　　
  • split-belt 歩行 (MPG 10M)（歩行開始直後からLF:左前ベルト速度=22.3[cm/s]，その他ベルト速度=13.2[cm /s]）　　

  Publications

  • 古殿幸大，森川慎一朗，木村浩：四脚ロボットの自律歩容生成と適応，2019ロボティクスメカトロニクス講演会論文集，2A1-K03，2019.06

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• 2018 Oct.-2019 Feb.
  Untethered の場合脚先がすぐにプリットベルト間の溝にはまって歩行不能となるため，スプリットベルト・トレッドミル上方にカメラを設置 し視 覚誘導により，４つのベルト上に４脚先が常に着地するように脚軌道を調整し四脚ロボットのスプ リット ベ ルト・トレッドミル歩行を可能とした． その際，ロール面内姿勢制御を妨げない脚軌道調整法を新たに提案した．
  

  実験結果

  • 視覚誘導あり，walk 歩容でのsplit-belt歩行 (MPG 15M)（歩行開始直後からLF:左前ベルト速度=22.3[cm/s]，その他 ベ ルト速度=13.2[cm/s]）
    カメラによる小鉄上の２ つ のマーカのトラッキング(GIF 13M)

  Publications

  • 古殿幸大，木村浩：Treadmill上を動歩行する四脚ロボットの視覚誘導システムの構築，日本機械学会論文誌(J-Stage)，vol.86，no.882， (DOI: 10.1299/transjsme.19-00316)，2020．

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• 2010
  「小鉄」のモデルを用いてトレッドミル(ベルトコンベア)上での歩容適応のシミュレーションを行ない、実機 「小鉄」を用いた実験で シミュレーション結果の検証を行なった． 具体的には、左右でベルトの速度が異なる状 態(Split Belt Treadmill)で．転倒しない・左右脚間の体重移動がスムーズに行なわれるための 「支 持脚相から遊脚相への遷移条件」として、脚負荷だ けでなく脚 腰関節角度を併用した 得られた適応結果は、除 脳ネコの小脳適応結果 (Yanagihara 1993,1996)と一致するまでには至っていない．
  

  実験結果

  • スプリットベルト・トレッドミル上での歩容適応： 歩行開始から5秒後から徐々に左ベルトの速度が増加し，最大50%右ベルト速度より大きくなった (WMV 3.6M,)

  Publications

  • 今岡 大策，東 善之，木村 浩，四脚ロボットの脚相調節を用いたSplit-belt Treadmill歩行における歩容適応，第38回知能システムシンポジウム予稿集, 349-354, 2011.03