Comments
Description
Transcript
米国シアトル滞在記*
川嶋健嗣：米国シアトル滞在記 随 筆 米国シアトル滞在記* 川嶋健嗣** * 平成 21 年 4 月 9 日原稿受付 **東京工業大学精密工学研究所，〒226-8503 横浜市緑区長津田 4259 R2-46 1．はじめに 平成 19 年 8 月 29 日から平成 20 年 3 月 22 日まで，文部科学省大学教育の国際化推進プログラム（海外先 進研究実践支援）にて，米国シアトルのワシントン大学電気工学科バイオロボティクス研究室(Blake Hannaford 教授主催)で研修を行った．研修の目的はバイオロボティクス分野の調査および研究の実施である． 本稿では研修の様子を簡単に紹介させていただく． はじめに，同研究室で研修するまでの経緯を記す．Hannaford 教授を知るきっかけは空気圧ゴム人工筋のモ デル化を行った研究 1）2）や遠隔操作で有名な論文を発表しており 3)，それらの論文を読んだことに始まる． その後，平成 15 年に米国ラスベガスで開催された IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) にて，学会会場でお話しする機会があった．その時，同教授はすでにハプティクス注）やバイ オロボティクスの分野へ研究を展開されておられた．当時，著者は流体計測から空気圧ゴム人工筋を用いた ロボットや手術ロボットへと研究の主軸を移している時期であった．それからご無沙汰していたが，平成 19 年の 1 月に上記海外研修に応募する機会を頂いた際，Hannaford 教授の研究室他いくつかの大学にメールで可 能性を打診した．すると同教授から一番に快諾の返事を頂いた．手術ロボット分野は米国がリードしている こと，シアトルなら日本にも近く，全米でも住みやすい場所であることなども考慮して研修先に選んだ．以 下，滞在時の大学の様子を日本の大学と比較しながらご報告する． 注）触覚や力覚を伝えるインターフェイスを研究する学問領域，触覚学 ２．ワシントン大学 ワシントン大学があるシアトルの街は，人口約 56 万人全米第 24 位の地方都市で，東京などの大都市と比 べとてものんびりした雰囲気である．水と緑と山に囲まれた “エメラルド・シティー”の愛称がある．ボーイ ングやマイクロソフトの本拠地であり，2005 年には「全米でもっとも無線インターネット接続環境が充実し ている都市（Most Unwired City）」に輝いている．また，2005 年の「全米でもっとも住みやすい都市（City Livability Award） 」にも選ばれているほか，25 歳以上の居住者の 52.7％が学士以上という高学歴者数全米トッ プの都市で，治安はかなり良い．さらに，イチローが所属する大リーグの野球チームシアトルマリナーズの 本拠地（セイフコフィールド写真 1）がある． またコーヒーのスターバックス発祥の地である．シアトルは南樺太と同じくらいの緯度に位置するが，海 洋性の穏やかな気候で冬場でも雪はほとんど降らず零下になることも稀である．しかし，秋から冬場は雨季 でどんよりした天気が続く．そこで，この街の人は良くコーヒーを飲む．よって，さまざまなコーヒースタ ンドがある．写真 2 はシアトルの港に面したパイク・プレイス・マーケットという市場にあるスターバック ス１号店前である．日曜日には写真のように店前でさまざまな歌手による路上ライブが行われ，店先は人だ かりができる．もちろん店内も観光客他で大賑わいである． ワシントン大学(University of Washington)はシアトル中心街の北に位置しており，ダウンタウンからバスで およそ 30 分である．1861 年 11 月 4 日に創立されたアメリカ西海岸最古の州立大学で，北西部最大の規模を 誇っている．特に医学部が有名であり，またマイクロソフトの地元であることから，情報系の学部も強い． ハスキー犬をマスコットとしており，7 万人を収容可能なアメリカンフットボール用の球場「ハスキー・ス タジアム」が学内にあるなどキャンパスは広大である．さらに，学内には美術館や博物館があり，複数の図 第 40 巻 第 E1 号 - E63- 2009 年 8 月（平成 21 年） 川嶋健嗣：米国シアトル滞在記 書館はどれもとても立派である（写真 3）．東アジア図書館には日本の蔵書が多数あり，滞在中良く借りて読 んだ．日本の大学は環境，設備の面では米国の大学にとてもかなわない． 同大学では学内関係者にはハスキーカードと呼ばれる，身分証，クレジット会社と提携したカードおよび バスの定期券として使えるカードが配布されている．日本の大学でも電子化が進んで来たが，米国は一歩先 をいっている．このカード取得の手続きが至って簡単で，書類一枚を持って発行場所の事務所で写真を撮り すぐ発行してもらえる．事務手続きは大変合理的で迅速である．研修をはじめるに当たりまず大学の外国人 向けのガイダンスを受けたが，多くの国から優秀な人材を受け入れる体制が整っていると感じた． 大学の愛称は UW(ユーダブ)，大学のカラーは紺で，その中に W の金文字を入れた旗がキャンパス内に沢 山掲げてある．明治大学のカラーに早稲田大学のマークといった感じである．キャンパスのメイン通りの噴 水からはお天気の日には（秋から冬の季節では月に 1,2 回しか拝めないが）正面に富士山とフォルムが似て おりタコマ富士（タコマは地名）と日本人が読んでいるレイナー山（標高 4301m）が見える（写真 4） ．電気 工学科と情報工学科の建物は噴水のすぐ横にある比較的新しい建物である（写真 5）． 電気工学科内は情報工学科と建物がつながっており，写真 6 のように内部には吹き抜けとなっているとて もきれいな建物である．1 階にはタリーズのコーヒースタンドがあり，軽食も購入できる．また，壁際には 研究室の展示があり，写真のように皆が勉強や議論ができる丸テーブルが置かれている．よく学生が集まっ て議論しながらレポートをまとめている様子を目にした．1 階にはこの他電気工学科と情報工学科の事務所 がある．事務の人も大変親切で，これも日本と大きく違う？と感じた．2 階から上は研究室であり，学生が 研究している様子が廊下から見える．この建物はマイクロソフト社のビルゲイツとの共同創業者であるポー ル・アレンの寄付によるもので，ポール・アレン記念センターと名付けられている．良い研究を行うには良 い環境が必要であり，その点はとても配慮されていると感じた．研修中にスタンフォード大学を見学する機 会があったが，その意をさらに強くした． ここまではワシントン大学の良い面ばかりを記述したが，日本の大学と比較して良い面ばかりではない． まず，シアトルは治安が良く，普段の通学には公共のバスを利用していたが，それでも学内には緊急ボタン が多数配置されている．学内はつねに警察のパトカーが巡回しており，たびたび不審者情報や事件などの注 意を呼び掛けるメールが届いた．また，写真 7 の個室を用意して頂いたが，これは教授以下教員すべて同じ サイズであり，州立大学のためか日本より狭かった．さらに，ロボット分野は日本の方が進んでいるとの認 識を多くの人が持っていた． 研究室内の様子は日本とほとんど変わらない印象を持った．学生は実験室を兼 ねた部屋で研究していた． ３．バイオロボティクス研究室 ワシントン大学電気工学科バイオロボティックス研究室のメンバーは総勢 10 名強である．学部 4 年生と修 士課程の学生は研究室に所属することなく，単位取得で修了できるコースがあり，通常すべての学生が研究 室に所属する日本とは異なる．よって，研究室は博士課程の学生が主体となっていた．博士課程の学生は日 本より年齢が高い感じであった．これは一度企業を経験してから入学する人や，博士課程の学生があまり修 了を焦っておらず，かなり長く大学に在籍しているためである．博士課程の学生さんは皆 RA（Research Assistant）等で大学や研究室からの資金援助をしてもらっていた．また，夏季にはインターンシップに参加し ている学生さんがかなりいた．さらに，アジア系の留学生を多く見かけた．米国でも理科系離れは進んでい ると聞いた． 手術ロボット分野は米国では軍需関係の援助を得ていることから，あまり研究を見せてもらえないのでは との不安があった．しかし，研究室内はとてもオープンでびっくりした．また大変自由な雰囲気で，教授以 下服装もとてもカジュアルで，スーツを着ることはまったくない．マイクロソフトのお膝元であるにもかか わらず，すべてパソコンの OS は Windows ではなく Linux で，ほとんどモニタ 2 つを用いた画面で作業して いた．Hannaford 教授ご自身，自分は自由にやらせるタイプであるとおっしゃっていた．研究室によってはか なり厳しく管理されるところもあるようで，これは日本と同様，教授の方針によるところが大きいようだ． 基本的に全体でのゼミのようなものはないが，研究内容別に 5 名程度で実施する研究会がいくつも行われて いた．よって，教授は多くのミーティングに出席する必要があり忙しそうであったが，非常に細かいところ 第 40 巻 第 E1 号 - E64- 2009 年 8 月（平成 21 年） 川嶋健嗣：米国シアトル滞在記 まで丁寧に指導している印象を受けた．それらの研究会の日程管理や議事録等はすべて Web 上の Wiki を活 用していた．研究室内の人は誰でもログインして書き込みができるので，ミーティング後に Wiki 上にお互い の意見を書き込み議論が白熱することもあった．これは非常に便利かつ合理的であると感じた．そこで帰国 後ただちに研究室で導入した．現在，全体のゼミや輪講の日程，個別の研究会の議事録等はすべてアップし て学生がいつどこでも見られるようにしている． さて，筆者が参加したミーティングは現在の研究内容と近い Protocol and Force Feedback Experiment と命名 された研究会で，Hannaford 教授の他，同じ学科の Chizek 教授も出席し，博士課程の学生が 5 名程度の規模 であった．基本的に 2 週間に一度朝 10 時から 2 時間弱ミーティングが行われた．内容は日本とさほど変わら ないが，学生が積極的に発言していた．また，とても良く関連の研究の文献調査を行っていた．会議ではし ばしば予算取りと論文投稿の話題が出ており，資金獲得および業績に関しては万国共通の課題であると痛感 した．また，研究で考えているアイデアもかなり近いものがあり，スピード勝負な部分があることがわかっ た． 研究室の雰囲気や学生さんの実力は日米間でほとんど差がないと感じた．ただし，教授と学生の関係は日 本では考えられないくらいフラットで，教授が学生にとても気を遣っている一方，学生はかなりフランクに 教授と話をしていた．上下関係の厳しい？日本とはこの点はかなり異なっていた．特に驚いたのは学生室で 学生は机に足を置きながら，立っている准教授と話をしている姿を見た時である．礼儀作法の面では間違い なく日本は誇れる．さらに，教授との距離の近さを感じたのは，教授が出張でしばらく不在の間に学生が教 授室に入り，クモの巣だらけの飾り付けし骸骨までおいた，とても手の込んだいたずらをしたのを目撃した 時である．教授が部屋を開けびっくりしている場面を隠し撮りし，その映像を wiki でアップして研究室内は 大爆笑であった． ４．研修内容 今回幸運であったのは，インドからの留学生 Ganesh さんが年末に博士修了を迎えたため，博士取得までの プロセスおよび博士公聴会を見ることができたことだ．Ganesh さんとは手術ロボットの遠隔制御の研究でも 普段一番意見交換を行い，色々と文献を紹介してもらった．学位取得までのプロセス，学位取得要件は日本 と大きく変わらないが，公聴会の雰囲気は日本の方が格式高いと感じた． 普段の研究で取り組んだのは，通信遅れを含んだ場合の手術ロボットの位置と力をやりとりするバイラテ ラル制御の方法についてである．まずは文献調査を行うべく，関連する多くの論文を読んだ．日本では査読 論文を読む機会は多いが，何かと雑用に追われなかなかゆっくり文献調査ができないので，研修中は時間的 な余裕があり，とても貴重であった．通信遅れを考慮したバイラテラル制御の研究は 1980 年代後半から多数 行われており，研修中に新しい方法を提案したいと意気込んだものの，とても手強いと感じた．数多くの文 献調査から，はじめに取り組んだのは無駄時間を補償するモデル予見制御をベースにしたアイデアであった． こちらでシミュレーションを行い，日本の只野耕太郎助教にその結果を報告し，東工大で実証実験を実施し てもらうスタイルで研究を進めた．10 月頃はこの方法で試行錯誤したがまったく良い結果が出ない．シミュ レーションではうまくいくが実装するとノイズ他色々な問題が噴出した．かなりこの方法に拘ってしまった のだが，11 月に入りこれはダメだと方針を転換した．この頃には研修も 3 か月目を迎え，1 月締切りの国際 学会への論文投稿を目標にしていたことから，かなり焦りが出て苦しい時期であった． そこで，Wave Variable 法というもっとも有名な制御方法をまずは実装して見ようと考え，只野助教に色々 と依頼した．ここでも予想外に実装に手間取り，焦りは募るばかりであったが，12 月初旬に今までの苦しみ がようやく実を結び，本方法を改良した新しい方法を思いついた．また同時に，Ganesh さんが研究している 方法を改良した新しい方法を考案し，シミュレーションでその有効性が確認できた．それらの成果は国際学 会発表論文 4），5）としてまとめた． さらに，東工大のマスタマニピュレータからワシントン大学の手術ロボット（Raven 写真 8）を操作する 実験を行うことができた．本実験のためには双方のデータのやりとりを共通化する必要がり，プログラムの 修正には，只野助教，ワシントン大学の博士課程 Hawkeye さんの多大なる貢献があった．本実験は位置と視 覚情報のやり取りで，力のフィードバックはないが，鉗子先端でリング状の物体を握りかえ，棒に通すタス 第 40 巻 第 E1 号 - E65- 2009 年 8 月（平成 21 年） 川嶋健嗣：米国シアトル滞在記 クを実施し，時間の計測を行った．はじめて実験を行う際にはロボットが暴走しないかひやひやしたが，日 本から米国のロボットを操作できた時はとても嬉しく，感激した． 7 か月間の研修を下記にまとめる． 1. ワシントン大学で講義に用いられている教科書等を調査し，今後の講義に活用できる資料収集を行なっ た．また，通信遅れを伴う手術ロボットの遠隔制御方法について，論文調査を行い，有益な知見，情報 を取得した． 2. バイオロボティクス分野の調査研究として，研究室の研究会に出席し，教授の指導方法，研究会の進め 方等を実体験した．日本より少人数できめ細かく指導している点，Web を有効活用して研究室内の情報 の共有化を図っている点が特に勉強になった．さらに，博士修了予定の学生と間近で接する機会を得て， 派遣先での博士取得までのプロセスを詳細に知ることができ，今後の教育研究の参考となった． 3. 手術ロボットの遠隔制御方法として新しい方法を 2 通り提案し，その有効性をシミュレーションと実験 の双方で確認した．また，東工大のマスタロボットとワシントン大学のスレーブロボット間での遠隔操 作実験に成功し，継続的な教育研究交流体制を構築することができた． 4. 共同研究の成果を 2 本の国際学会発表論文にまとめ，IEEE Proc. of IROS で発表した． 5. シリコンバレーで開催された JUNBA（Japanese University Network in the Bay Area）2008 において研究発 表し，バイオロボティクス分野の大学や企業の研究者との意見交換の機会を得て同分野の教育研究の重 要性，発展性を確認した． 単身での研修であったこともあり，学生時代に戻ったように大学での研修に集中することができた．また， 米国のクリスマスを経験することができた．12 月に入ると街はとてもきれいに色とりどりに飾られ，各家庭 でも庭先のライトアップやツリーのデコレーションに気合が入っていた．写真 9 は中心街に設置されたクリ スマスツリーである．クリスマスには知人の米国人家庭に滞在する機会を得たが，家族間の過剰なまでのプ レゼント交換に驚いた．写真 10 は研修の最後にお別れ会を開いてもらった際の学生さん達との写真である． 学生さんは皆とても親切であった．最後にインターネットの skype（テレビ電話）は学生や家族と連絡をする のに大変重宝したことを記しておく． ５．おわりに 本稿ではワシントン大学での研修の様子を日本の大学と比較しながら簡単に書かせていただいた．経験は最 大の学習であるというが，まさに実体験は何物にも代えがたい貴重なものであった．日米間で大きな差はな いと感じた部分もあったが，Web の活用，学生への丁寧な指導などとても参考になる部分もあり，帰国後良 いところは積極的に取り入れている．また，研修後も交流が続いており，米国の学生が夏季に当研究室に滞 在し，日米間での実験を行った．さらに，共同で論文発表も継続している．最後にこのような機会を頂いた 関係各位に心より謝意を表す． 参考文献 1) C.P. Chou, B. Hannaford: Measurement and Modeling of McKibben Pneumatic Artificial Muscles, IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 12, Feb. (1996), pp. 90/102 2) Glenn K. Klute, Joseph M. Czerniecki, Blake Hannaford: Mckibben Artificial Muscles: Pneumatic Actuators with Biomechanical Intelligence, IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, (1999), pp.1/6 3) B. Hannaford: A Design Flamework for Teleoperation with Kinestheic Feedback , IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 5,No.4, ,Aug. (1989),pp. 426/434 4) Kenji Kawashima, Kotaro Tadano, Ganesh Sankaranarayanan and Blake Hannaford: Bilateral Teleoperation with Time Delay using Modified Wave Variables, Proc. of IEEE IROS, (2008) ,pp.424/429 5) Kenji Kawashima, Kotaro Tadano, Ganesh Sankaranarayanan and Blake Hannaford: Model-Based Passivity Control for Bilateral Teleoperation of a Surgical Robot with Time Delay, Proc. of IEEE IROS, (2008),pp.1427/1432 第 40 巻 第 E1 号 - E66- 2009 年 8 月（平成 21 年） 川嶋健嗣：米国シアトル滞在記 著者紹介 かわしま けんじ 川嶋 健嗣 君 1997 年東京工業大学大学院理工学研究科博士課程修了．同年東京都立工業高等専門学 校助手，2000 年東京工業大学精密工学研究所助教授，現在同大学准教授．流体計測制 御，ロボット工学の研究に従事．日本機械学会，計測自動制御学会，日本ロボット学 会，精密工学会，IEEE 等の会員．博士（工学）． E-mail:[email protected] URL: http://www.k-k.pi.titech.ac.jp/ 写真 1 シアトルの野球場 写真 3 第 40 巻 第 E1 号 写真 2 スターバックス１号店前 写真 4 キャンパスメイン通りからの眺め キャンパス内美術館前 - E67- 2009 年 8 月（平成 21 年） 川嶋健嗣：米国シアトル滞在記 写真 5 電気工学科の建物 写真 6 写真 7 写真 8 ワシントン大学の手術ロボット (Raven)の操作風景 研究室 写真 9 シアトル中心街のクリスマスツリー 第 40 巻 第 E1 号 建物内の様子 写真 10 バイオロボティクス研究室 の学生さんと - E68- 2009 年 8 月（平成 21 年）