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MENU--> コンテンツトップ 新着記事 記事一覧 京都先端科学大学サイト 福島 宏明 教授 今回の「先生に聞いてみた」では、ロボットの“頭脳”と呼ばれる制御アルゴリズムの開発がご専門の工学部機械電気システム学科の福島宏明教授にお話を伺いました。 複雑な環境で作業できるロボットの「頭脳」の開発を目指す 日本語｜ENGLISH Q：現在の研究を始めたきっかけについて教えてください 現在の研究を始めたのは、大学4年生の卒業研究で「制御工学」の研究室に配属されたのがきっかけです。もともとロボットに興味があったので、ロボティクスの研究室に配属できる学科に進んだのですが、4年生になったときには研究室の教授と助手の先生が他学科に移っていて、残った助教授の先生の興味がロボティクスよりも制御工学に移っていたので、実質的には制御工学の研究室になっていました。制御工学はロボットだけを対象とした学問ではありませんが、ロボットの制御にも重要ですし、もともとロボットのハードウェアよりもソフトウェアに興味があったので、配属を希望して「制御工学」の研究を始めました。始めて見ると、プログラミングなどのコンピュータの知識はもとより、数学や物理の幅広い知識が必要となる分野でした。それまではそれほど好きでも無かった数学や物理ですが、制御工学の現実の問題に実際に役に立つことを実感することによって、面白さに気づいていきました。 Q：「制御工学」とはどのような研究になるのでしょうか。 制御工学とは、ロボットに限らず様々なシステムに望み通りの挙動をさせるための方法を研究する学問です。システムの操作量を状況に応じて決定する制御アルゴリズムを開発することが主な目的になります。例えば、ロボットの場合は関節や車輪についているモータの電圧などが操作量で、ロボットに望みの動きをさせるために操作量を適切に決める制御アルゴリズムが必要不可欠です。その制御アルゴリズムの開発には制御対象の性質を数式で表した数学モデルが使われますが、実際のシステムを正確に表しきれているわけではないため、設計者は実験の応答を見ながら試行錯誤的にアルゴリズムの中の数値を修正することになります。私の卒論では、この設計者の試行錯誤的な努力を支援する研究、つまり実験データに基づいてシステムの応答がより良くなるであろうアルゴリズムの修正値を数学的に導く方法の研究を行いました。 数学を使って導き出された方法が現実世界で実際に有用であることを実感し、制御工学やそのベースとなる様々な数学にも興味をひかれました。そのまま同じ研究室で博士課程まで修了し、その後に研究員もしたので合計１０年ほど所属しました。制御工学の様々な分野の研究を一通り行い、アメリカのサンディエゴで著名な教授と研究することもでき、ある程度の満足感を覚えていたところにロボティクスの研究室で勤務する機会を得ることができました。そこでは、本学に移るまでの15年間にわたって在籍し、様々なロボットを対象とした制御の研究をさせていただきました。 Q：特に強調されたい研究分野について具体的にご教示ください。 特に、未だ制御方法が確立していない２つの分野に特に焦点をあてて、現在研究を行っています。 その一つがロボットの群れの制御です。複数のロボットが協調することにより、単体では難しい作業が可能になり、並列作業で速く問題を解決できる、一部のロボットが故障しても全体への影響が少ない、などの利点が期待されています。一方で、ロボット数の増加とともにシステムは複雑になり、従来の集中管理型の制御手法を適用することが難しくなってきます。この問題に対して、各ロボットが自分の周辺の状況からどう動くかを決めることにより全体としての制御目的を達成する分散型の制御手法の研究を行っています。 そして2つ目がヘビ型ロボットの制御です。細長い形をしたヘビ型と呼ばれるロボットは、狭い空間での情報収集に応用することが期待されています。車輪やクローラを駆動させて移動するのではなく、自分の体の形を変えて移動するヘビ型ロボットは従来の制御対象とは異なる性質をもつため興味深く、未だ制御方法は確立していません。シンプルな形状ですが、多様な動きが可能で、様々な環境に適用できる可能性があります。現在は主に水中での移動制御に関して研究をしています。 Q：現在の研究内容を将来、どのような形で社会に還元していきたいとお考えでしょうか。 ロボットは工場の中だけではなく、人間が入ることが難しい危険な環境や一般社会の中で人間を支援することが期待されています。そのためにはロボットのハードウェアだけでなく、制御アルゴリズムのようなソフトウェアがさらに進化する必要があります。現在、急速に発展している人工知能の技術も取り入れたりしながら、上記のような既存の制御手法で取り扱えない対象に焦点を当てて研究を進めていき、そこで得られた知見が、将来ロボットが複雑な環境で高度な作業を行うための新たな制御手法の開発につながればよいなと思っています。 Q：先生の趣味や関心、大学生時代に夢中になった事についてご教示ください。 大学の学部3年生までは比較的時間があって色々なことをやっていました。とくに夏休みや春休みには、アメリカのロサンゼルスにホームステイに行ったり、スキー場で住み込みのアルバイトをしたり、車で日本１周の旅に出るなど、学生時代にしかできないことを経検できたと思っています。学部４年生で研究室に配属されてからは研究に没頭する毎日でしたが、大学院の博士課程の研究の目途がついたころから、知人に以前から勧められていたサーフィンを始め、一時期はほぼ毎朝やるほど熱中していました。子供が生まれてからはなかなか行けなくなり、現在はまた無趣味に戻ってしまいましたが、波に乗った時の独特の感覚や景色は今でも夢に出てくるくらい鮮明な記憶として残っており、またいつかやりたいと思っています。こういう話を学生さんにすると興味をもたれることが多いのですが、やりだすと熱中しすぎる可能性があるのでお勧めしません（笑）。 Professor FUKUSHIMA Hiroaki In this edition of &＃8220;Tell Us Teacher,&＃8221; we interviewed Professor Fukushima Hiroaki of the Department of Mechanical and Electrical Systems Engineering in the Faculty of Engineering, who specializes in the development of something called &＃8220;control algorithms,&＃8221; which act as the &＃8220;brains&＃8221; of a robot. Developing &＃8220;Brains&＃8221; for Robots to Work in Complex Environments Q：Please tell us about how you started your current research. I started my current research when I was assigned to a &＃8220;Control Engineering&＃8221; laboratory for my senior year graduation project. I had always been interested in robotics, so I went to a department where I would be assigned to a robotics lab, but by the time I was a senior, the professor and assistant professor of the lab had moved to another department, and the remaining assistant professor was more interested in control engineering than robotics, so the lab was essentially a control engineering lab. In effect, it became a control engineering laboratory. Although control engineering is not a discipline that focuses only on robots, it is important for robot control, and I was originally more interested in software than robot hardware, so I requested to be assigned to the laboratory and started research on &＃8220;control engineering.” When I started, I found that the field required not only computer knowledge such as programming but also a wide range of knowledge in mathematics and physics. I had never really liked mathematics and physics, but as I realized that they were actually useful for real-world problems in control engineering, I began to find them interesting. Q：What kind of research does control engineering involve? Control engineering is the study of how to make various systems behave as desired. This includes but is not limited to robots. The main objective is to develop control algorithms that determine the amount of system operation depending on the situation. For example, in the case of a robot, the amount of operation is the voltage of the motors attached to the joints and wheels, and it is essential to have a control algorithm that determines the appropriate amount of operation to make the robot behave as desired. To develop this control algorithm, a mathematical model is used, which is a mathematical expression of the properties of the control target, but since it does not necessarily represent the actual system accurately, the designer has to modify the values in the algorithm by trial and error while making observations during experimentation. In my thesis, I studied how to support these designers’ trial-and-error efforts. That is, how to mathematically derive a modified value for the algorithm that would improve the response of a system based on experimental data. I realized that the methods derived were actually useful in the real world, and I became interested in control engineering and the various mathematics on which it is based. I continued to work in the same laboratory until I completed my doctorate, and then I also worked as a researcher, so I was there for about 10 years in total. I was able to conduct research in various fields of control engineering and even studied  with a prominent professor in San Diego. After I had become rather satisfied with my accomplishments, I was given the opportunity to work in a robotics laboratory. I stayed there for 15 years until I moved to KUAS, where I now perform research on control for lots of different kinds of robots. Q：Concretely speaking, what specific areas of research do you hope to emphasize? In particular, we are currently researching two areas where control methods have yet to be established. One of them is the control of robot swarms. The coordination of multiple robots is expected to have several advantages, such as the ability to perform tasks that would be difficult for individual robots, the ability to solve problems quickly through parallel work, and a minimization of impact on the entire system even if a few of the robots fail. On the other hand, as the number of robots increases, the system becomes more complex, and it becomes difficult to apply conventional centralized control methods. To solve this problem, we are researching a decentralized control method in which each robot decides how to move based on its own surroundings to achieve the overall control objective. The second is the control of snake-like robots. These elongated snake-shaped robots are expected to be used for information gathering in confined spaces. Snake robots, which do not move using wheels or crawlers but rather by changing the shape of their own body, are interesting because they pose different characteristics from those of conventional control targets, and a control method for them has not yet been established. Although snakes have a simple shape, they can move in a variety of ways with potential application to a variety of environments. Currently, I am mainly working on the movement control of snake robots in water. Q：How would you like to contribute to society in the future through your current research? In the future, robots are expected to assist humans not only in factories but also in dangerous environments that are difficult for humans to enter as well as in daily life. To achieve this, not only their hardware but also their software, such as their control algorithms, needs to be further refined. While incorporating the rapidly developing technology of artificial intelligence, I would like to continue my research by focusing on subjects that cannot be handled by existing control methods, such as those described above, and hope that the knowledge gained through this research will lead to the development of new control methods for robots to perform advanced tasks in complex environments in the future. Q：Can you tell us about your hobbies and interests, and what you were into during university? Until my third year of undergraduate school, I had relatively more time to pursue my hobbies. Especially during the summer and spring breaks, I went on a homestay in Los Angeles, worked and lived at a ski resort, and drove all they way around Japan. After being assigned to a laboratory in my fourth year of undergraduate studies, I spent my days immersed in research, but when I was about to start my doctoral research, I started surfing, which had been recommended by an acquaintance, and for a while I was so passionate about it that I did it almost every morning. After the birth of my child, I could no longer go surfing, and now I&＃8217;m back to being hobbyless, but the unique sensation of riding a wave is so vivid in my memory that it still appears in my dreams, and I would like to do it again someday. When I talk about this kind of thing to my students, they often get interested, but I don&＃8217;t recommend they do it because they might get too absorbed in it once they start (laughs). 福島 宏明 教授ふくしま ひろあき 工学部機械 電気システム工学科 博士（情報学）。計測自動制御学会、システム制御情報学会、日本ロボット学会、IEEEに所属。電気通信大学電気通信学部知能機械工学科 助教、京都大学大学院工学研究科機械理工学専攻 助教・講師、京都先端科学大学ナガモリアクチュエータ研究所 教授を経て現職。専門分野は、「制御工学」「ロボティクス」。担当科目は、「ロボットマニピュレータ入門」「古典制御工学」「現代制御工学」「ディジタル制御工学」「メカトロ実習」等。 機械電気システム工学科のページへ 教員紹介ページへ 記事一覧へ トンガリ人材が世界を変える。--> --> アクセス お問い合わせ 採用情報 サイトマップ サイトポリシー 個人情報の取扱い 学校法人 永守学園 京都先端科学大学附属高等学校 京都先端科学大学附属中学校 京都先端科学大学附属みどりの丘幼稚園・みどりの丘保育園 Copyright © Kyoto University of Advanced Science. All Rights Reserved. TOP