次世代技術の芽と新しい物理をつくる

知覚情報処理研究

[English]

澤田 秀之  [教授]
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homepage	http://www.sawada.phys.waseda.ac.jp/
専門分野	計測・情報工学研究
研究テーマ・研究活動
1990年 早稲田大学理工学部応用物理学科 卒業 1992年 早稲田大学大学院理工学研究科 修士課程修了 1992年～1994年 三井金属鉱業株式会社 勤務 1995年～1998年 日本学術振興会特別研究員DC1 1998年 早稲田大学理工学部・助手 1999年 早稲田大学大学院理工学研究科 博士課程修了 博士(工学) 1999年 香川大学工学部知能機械システム工学科・准教授 2010年 情報処理学会論文賞　受賞 2010年 香川大学工学部知能機械システム工学科・教授 2017年 早稲田大学理工学術院・教授

人間どうしのコミュニケーションにおいては、言語に加えて視覚、聴覚、触覚、嗅覚、味覚といった五感が有効に利用されています。特に五感を通して伝達される情報は、感性や感情に直接的に働きかけ、円滑なコミュニケーションのために大きな役割を果たしています。視覚や聴覚機構が、カメラとディスプレイ、マイクとスピーカを用いて科学的、工学的に再現されている一方で、例えば人間のように触覚を検知し、また触覚の感覚として工学的に呈示する標準的な手法は、未だ実現されていません。触覚は、目や耳のような特定の生体器官によって対象物の物理的構造を直接検出するのではなく、皮膚の変形や熱伝導といった物理現象を元に、皮膚下に複雑に配置された触覚受容器によって知覚され、これが脳に伝わって「体性感覚」として理解されていることが解っています。本研究室でのテーマの一つとして、そのような触覚感覚を人のように知覚、理解するセンサ、そして映像や音声と同様に遠隔地へ伝送して呈示する技術の研究開発を進めています。更に、視覚、聴覚情報と合わせ、触覚や力などの物理的メディアを統合的に扱い、人間の五感を理解してロボティクス技術で再現する研究を行っています。これらの研究には、高速な演算手法と演算能力、センシング、アクチュエータ技術が不可欠であり、これらを活用した新しい計測・制御技術の研究、人間の体性感覚や感性を柔軟に理解する人工知能研究も大きなテーマとなっています。

2017年から新しく立ち上げる研究室ですが、以下のような研究課題に取り組んでいます。

1) 画像・音響研究グループ: 人間のように見たいもの聴きたいものを柔軟に選択して理解する計測・認識技術の研究

2) 触覚研究グループ: 皮膚下の触覚受容器を直接的に刺激して触覚感覚を創り出し、呈示するためのアクチュエータ、人のように触覚感覚を理解するセンサの研究。また、微小な形状記憶合金(SMA)ワイヤを使ったセンサとアクチュエータのダイナミクス解析と動作モデルの研究

3) ロボティクス研究グループ: 人と機械の柔軟なインタラクションの実現を目指したロボット技術、メカトロニクスの研究開発

4) 人工知能研究グループ: 人体モデルの制御や人の認知機構を実現する人工知能、学習機械、計算機インテリジェンスに関する研究

これらのテーマについては、海外の大学とも共同研究や学生交流を行っています。物理学、数学の普遍的学問を基盤とした計測・制御・ロボティクス研究を通して、国際的に第一線で活躍できる研究者、技術者を育てていきたいと考えています。

　　
左：音声対話ロボット　右：SMAマイクロアクチュエータ

Hideyuki Sawada [Professor]
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homepage	http://www.sawada.phys.waseda.ac.jp/
research field	Measurement and Information Engineering
research keywords
Image & Sound processing Tactile and haptic applications Robotics Artificial intelligence Human interface
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Measurement and Information Engineering / Understanding and Reproducing Human Intelligence, Intuition and Behavior

Humans communicate with one another by using not only verbal media but also the five senses such as vision, auditory sense and tactile/touch sensation effectively using their bodies. Information transmitted through the five senses is especially able to affect our emotion and feelings directly making for smooth communication. Visual and auditory mechanisms are widely realized by engineering techniques by employing cameras, visual monitors, microphones and speakers, which are commercially available in common, however no standardized devices for recognizing and displaying tactile sensations have been introduced so far. Light and sounds are directly perceived by our biological organs such as eyes and ears, on the other hand, the sense of touch or the tactile sensation is generated by the physical phenomena that occur at the contact location between the skin and the object. The human skin includes four main tactile receptors, which are Merkel discs, Meissner corpuscles, Ruffini endings and Pacinian corpuscles, to react to different physical stimuli given to the skin, and humans recognize the tactile sensation as somatic sensation according to the nerve signal transmitted from the receptors to the brain.

In this laboratory, the human tactile and haptic sensations are studied as one of the research topics, and the micro sensors and actuators are being developed for recognizing and displaying various tactile sensation as humans do. Such sensors and actuators will be applied for the realization of touching and manipulating objects placed in a distant place, as visual and auditory information are commonly employed for tele-communication. We also study robotics technologies for realizing new relationship between humans and machines. Based on the consideration of human five senses, new sensing, actuating and controlling techniques through the integration of visual, auditory and tactile information are developed. In these studies, the understanding of human intellect, emotion and intuitive behaviors is necessary, and the computational intelligence and the neural computation are also the researching topics along with the development of intelligent measurement and control techniques.

This laboratory is newly established in 2017, and the following research projects are mainly going on.

1) Image and auditory information research team:
Studies of intelligent measurement, recognition and synthesis techniques referring to human behaviors to realize human-like computation and robots.

2) Tactile and haptic research team:
The development of a tactile display to generate various tactile sensations by stimulating four tactile receptors under the skin. Micro-deformation actuators using shape-memory alloy (SMA) wires are developed for generating micro-vibration with various frequencies, and the control techniques are also studied. By employing the tactile actuators, new multimodal VR and AR environment is constructed as the tactile and haptic applications.

3) Robotics research team:
Robotic and mechatronic technologies are studied to realize new intuitive and flexible communication among humans and machines. A talking and singing robot having mechanical vocalization organs like a human is one of the research subjects, which autonomously learn and acquire vocalization skill like a human baby by employing the auditory-feedback learning mechanism.

4) Artificial intelligence research team:
Studies of artificial and computational intelligence, and the neural network for the control of robotic organs and the realization of human perceptive mechanism.

We also have joint and collaborative research projects with foreign Universities, and actively conduct student exchange.

　
Left: Voice communication robot  Right: SMA micro-actuators