氏名

サワダ ヒデユキ

澤田 秀之

職名

教授

所属

(先進理工学部)

本属以外の学内所属

学内研究所等

次世代ロボット研究機構

運営委員 2018年-2018年

ヒューマン・ロボット共創研究所

研究所員 2017年-

ホリスティック物理学研究所

研究所員 2017年-2019年

中部地域産業振興研究所

プロジェクト研究所所長 2018年-2018年

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2018年-

ホリスティック物理学研究所

研究所員 2019年-

中部地域産業振興研究所

研究所員 2018年-2018年

論文

Cerebellum-like neural network for short-range timing function of a robotic speaking system

Nhu, Thanh Vo; Sawada, Hideyuki

2017 3rd International Conference on Control, Automation and Robotics, ICCAR 2017p.184 - 1872017年06月-2017年06月 

DOIScopus

詳細

概要:© 2017 IEEE. The timing control is necessary for determining its duration, stress, and rhythm in human speech; however, little attention has been paid to these issues when building a speech synthesis system. We have developed a talking robot, which generates human-like vocal sounds. The cerebellum is an important part of human brain organ that has a significant role in the coordination, precision, and timing of motor responses. In this study, we develop a simplified cerebellumlike spiking neural network model to control the timing function for the talking robot. The model was designed using the System Generator software in Matlab, and the timing duration of trained speech was estimated using hardware cosimulated with a field programmable gate array board (FPGA). The timing information obtained from the co-simulation, together with the output motor vector, is sent to the talking robot controller to generate a sound with a short duration. The result indicates that this model can be used for short-range timing learning of the talking robot.

Text-to-speech of a talking robot for interactive speech training of hearing impaired

Vo Nhu, Thanh; Vo Nhu, Thanh; Sawada, Hideyuki

Proceedings - 2017 10th International Conference on Human System Interactions, HSI 2017p.166 - 1712017年08月-2017年08月 

DOIScopus

詳細

概要:© 2017 IEEE. The authors are developing a talking robot which is a mechanical vocalization system modeling the human articulatory system. The talking robot is constructed with mechanical parts that are made by referring to human vocal organs biologically and functionally. In this study, a newly redesign artificial vocal cord is developed for the purpose of extending the speaking capability of the talking robot. The artificial vocal cord is developed using functional approach. A thin layer of rubber band with a width of 7mm is attached on a plastic body in a sealed chamber creates an artificial sound source. The fundamental frequency of the sound source vary from 80Hz to 280 Hz depending on the pressure to the rubber band and the curving shape of the rubber band. The curving shape of the rubber band is adjustable by an innovative design mechanism driven by a servo motor. The amount of air pressure applied to the rubber band is controlled by another servo motor which is referred as volume motor in this study. The experiment to verify the speak capability of the talking robot with this newly redesigned vocal cord is conducted by letting the robot generating five vowel sounds with difference combination of 20 levels of rubber band shape and 10 levels of air pressure input. The pitch and volume of each sound is extracted to determine the effect of the rubber band shape and the pressure input on the output sound. The result shows that this newly redesigned vocal cord greatly increase the speaking capability of the talking robot, especially its singing performance.

Singing performance of the talking robot with newly redesigned artificial vocal cords

Nhu, Thanh Vo; Nhu, Thanh Vo; Sawada, Hideyuki

2017 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, ICMA 2017p.665 - 6702017年08月-2017年08月 

DOIScopus

詳細

概要:© 2017 IEEE. The authors are developing a talking robot which is a mechanical vocalization system modeling the human articulatory system. The talking robot is constructed with mechanical parts that are made by referring to human vocal organs biologically and functionally. In this study, a newly redesigned artificial vocal cords is developed for the purpose of extending the speaking capability of the talking robot. The artificial vocal cords is developed using functional approach. A thin layer of rubber band with a width of 7mm is attached on a plastic body in a sealed chamber creates an artificial sound source. The fundamental frequency of the sound source vary from 80Hz to 250 Hz depending on the pressure to the rubber band and the curving shape of the rubber band. The curving shape of the rubber band is adjustable by an innovative design mechanism driven by a servo motor. The amount of air pressure applied to the rubber band is controlled by another servo motor. The experiments to verify the speak capability of the talking robot with this newly redesigned vocal cords is conducted by letting the robot generating five vowel sounds with different combinations of 20 levels of rubber band shape and 5 levels of air pressure input. The pitch of each sound is extracted to determine the effect of the rubber band shape and the pressure input on the output sound. The result shows that this newly redesigned vocal cords greatly increase the speaking capability of the talking robot, especially its singing performance.

外部研究資金

科学研究費採択状況

研究種別:

ストカスティックマシンの創成を通じたソフトロボティクスの攻究

2018年-0月-2023年-0月

配分額:¥102310000

研究種別:

発話ロボットの音声学習における脳機能モデルの再現と発声障害のシミュレータの構築

2015年-0月-2018年-0月

配分額:¥4810000

研究種別:

生理学的モデルに基づいたバーチャルリアリティによる舌癌手術訓練装置の構築

2012年-0月-2015年-0月

配分額:¥5330000

研究種別:

微小振動子アレイによる触覚呈示と末梢神経障害の定量的測定手法の開発

2012年-0月-2015年-0月

配分額:¥5330000

研究種別:

臨床医療におけるオントロジー概念を用いた高次音声認識システムの開発

2011年-0月-2014年-0月

配分額:¥5070000

研究種別:

聴覚障害が引き起こす音声の不明瞭要因の解析と対話型発話訓練ロボットの構築

配分額:¥4420000

研究種別:

音声から発話動作を推定する発話ロボットの構築と対話型発声訓練システムの提案

配分額:¥4200000

研究種別:

機械式発話ロボットの開発と構音障碍患者の発声訓練支援システムの構築

配分額:¥3600000

研究種別:

発声障碍者音声の明瞭化フィルタリングに関する研究

配分額:¥2400000

研究種別:

発声器官の機械系による構成と音声獲得メカニズムの解明

配分額:¥2200000

研究種別:

化学反応に基づく油滴の内部対流を使った自走制御と水上物体搬送への適用

2019年-0月-2022年-0月

配分額:¥6500000

研究種別:

形状記憶合金の高速変態制御による触覚提示と双方向触覚コミュニケーションの実現

2020年-0月-2024年-0月

配分額:¥17680000

学内研究制度

特定課題研究

SMAワイヤの⾼速変形ダイナミクスの解析とソフトアクチュエータ・センサへの展開

2019年度

研究成果概要: 申請者らは、形状記憶合金の微細ワイヤにパルス電流を流すと、その周波数に同期して300Hzを超える周波数まで、触知覚が可能な振動が発生することを見だした。マルテンサイト変態の温度域を超える0℃や100℃の環境においても、パルス電流... 申請者らは、形状記憶合金の微細ワイヤにパルス電流を流すと、その周波数に同期して300Hzを超える周波数まで、触知覚が可能な振動が発生することを見だした。マルテンサイト変態の温度域を超える0℃や100℃の環境においても、パルス電流を流すと即座に微小振動が発生する。本研究では、Ti-Ni-Cu系SMAワイヤを中心とし、その高速伸縮動作と時間応答を精密に測定して、物性的特性の考察をおこなった。SMAの変態動作のダイナミクスならびに変態量を正確に制御する手法を提案し、実測値と物理シミュレーションとの比較検討をおこなった。更に、微小振動パターンによって触覚感覚を人工的に創り出すシステムの構築を進めた。

化学反応に基づく油滴の内部対流を使った自走制御と水上物体搬送への適用

2019年度

研究成果概要: 界面活性剤を含んだ水溶液中で、油滴が自走する現象が知られている。電気などの外部エネルギーを必要としない化学反応に起因する自律的現象は、ミリ・マイクロスケールにおける物体移動法となり得る。本研究では、微細な形状記憶合金ワイヤを用い... 界面活性剤を含んだ水溶液中で、油滴が自走する現象が知られている。電気などの外部エネルギーを必要としない化学反応に起因する自律的現象は、ミリ・マイクロスケールにおける物体移動法となり得る。本研究では、微細な形状記憶合金ワイヤを用いたアクチュエータを油滴の外骨格として与えることで、油滴の自走方向および速度をダイナミックに制御することを目的とした。本年度の研究により、外骨格による油滴の自律的変形は、マランゴニ対流発生の境界条件を変化させ、結果的に油滴の自走制御へ繋がることを示した。今後は、油滴の自走制御を、スタンドアローンで移動して注入まで行うドラッグデリバリーシステムの確立へと展開していく。

形状記憶合金ワイヤの微小振動を用いた触覚感覚の呈示に関する研究

2017年度共同研究者:橋本周司, 三輪貴信

研究成果概要:申請者らはこれまでに、形状記憶合金(ShapeMemory Alloy: SMA)の細線がパルス電流により高速に振動を起こす現象を発見した。本研究では、SMAワイヤの微小振動を高速度カメラで撮影、観測することにより、振動形態のダイ...申請者らはこれまでに、形状記憶合金(ShapeMemory Alloy: SMA)の細線がパルス電流により高速に振動を起こす現象を発見した。本研究では、SMAワイヤの微小振動を高速度カメラで撮影、観測することにより、振動形態のダイナミクスの解析をおこなった。また、パルス電流の周波数、デューティ比、振幅などを制御することにより、様々な振動と触覚刺激が得られることを見出した。超小型・低消費電力駆動が可能な微小振動アクチュエータとしての特性の調査をおこない、微小振動を利用して手指に様々な触覚感覚を提示可能な触覚ディスプレイを構築した。更に、新しい触覚インタフェース装置として実装と評価をおこなった。

形状記憶合金ワイヤの高速変形ダイナミクスの解析とソフトアクチュエータへの応用研究

2018年度共同研究者:重宗宏毅

研究成果概要:形状記憶合金(SMA)の相変態は熱の移動によって引き起こされるため、これまでは高速動作が要求されるようなアクチュエーションには不向きであると考えられていた。申請者らはこれまでに、SMAワイヤにパルス電流を流すと、その周波数に同期し...形状記憶合金(SMA)の相変態は熱の移動によって引き起こされるため、これまでは高速動作が要求されるようなアクチュエーションには不向きであると考えられていた。申請者らはこれまでに、SMAワイヤにパルス電流を流すと、その周波数に同期して300Hzを超える周波数まで、十分に触知が可能な振動が発生することを見だした。本研究では、Ti-Ni-Cu系SMAワイヤを中心とし、その高速伸縮動作と時間応答を精密に測定し、物理シミュレーションと共にその物性的特性を考察した。更に、SMAの変態動作のダイナミクスならびに変態量を正確に制御する手法を提案し、微小振動や微小変位の提示が可能なソフトアクチュエータへの応用展開を行った。

形状記憶合金ワイヤの高速変形ダイナミクスの解析

2018年度共同研究者:重宗宏毅

研究成果概要:形状記憶合金(SMA)の相変態は熱の移動によって引き起こされるため、これまでは高速動作が要求されるようなアクチュエーションには不向きであると考えられていた。申請者らはこれまでの研究で、SMAワイヤにパルス電流を流すと、その周波数に...形状記憶合金(SMA)の相変態は熱の移動によって引き起こされるため、これまでは高速動作が要求されるようなアクチュエーションには不向きであると考えられていた。申請者らはこれまでの研究で、SMAワイヤにパルス電流を流すと、その周波数に同期して300Hzを超える周波数まで、十分に触知が可能な振動が発生することを見だした。本研究では、その高速伸縮動作と時間応答を精密に測定し、物理シミュレーションと共にその物性的特性を考察した。更に、SMAの変態動作のダイナミクスならびに変態量を正確に制御する手法を提案し、これを人の皮膚に対して様々な触覚感覚を提示するデバイスおよびシステムへと応用した。

ジェスチャによるマン・マシンインタフェースに関する研究

1998年度

研究成果概要: ジェスチャは音声とともに、人間どうしのコミュニケーションにおいて重要な役割を果たしている。特に言語では表せない感情や感覚の表現には、身振り手振りが多様に用いられている。ジェスチャにおける人間の意志や感情は、手腕部などの位置よりも... ジェスチャは音声とともに、人間どうしのコミュニケーションにおいて重要な役割を果たしている。特に言語では表せない感情や感覚の表現には、身振り手振りが多様に用いられている。ジェスチャにおける人間の意志や感情は、手腕部などの位置よりもむしろ身体に加えられる力に顕著に現れることに着目し、腕部運動の計測には小型加速度センサを用いた。さらにハンドジェスチャセンシングデバイスGraspComの開発を行った。これらをもとに、日本語手話認識システムの構築および、力覚による双方向コミュニケーションシステムの試作を行い、新しいヒューマン・マシンインタフェースについて検討した。 身体のダイナミックな動きを計測するために小型3次元加速度センサを、手指の静的な位置や形状の測定には位置センサ及びデータグローブを用いることにより、運動特徴に基づいた、手話の実時間認識システムを構築した。約3000単語ある日本語手話の多くは、いくつかの単純なジェスチャーの組み合わせで表すことができる。そこで11個の動作方向を基本動作として取り上げ、各手話単語を基本動作の列として記述し、これをHMM(隠れマルコフモデル)を用いて参照することにより認識を行った。自己紹介や日常生活でよく使われる30程度の単語に対し、90%以上の認識率を得た。 また、力覚入出力デバイスの開発を行った。本デバイスは人体の皮膚感覚を実現するためにシリコンで整形され、デバイスの変形量の測定には内圧測定センサを、姿勢の計測には小型加速度センサを用いている。更に、ハンドジェスチャ入力に対してリアクションを提示するために、小型振動モータを内蔵している。把持力にともなうデバイスの変形を、内部に埋め込んだ各センサにより計測すると同時に、人間が「もっともらしい」と感じるリアクションを力覚出力として生成することが可能である。GraspComをターミナルデバイスに用いることにより、遠隔地におかれた人どうしの力覚による双方向コミュニケーションシステムを試作し、アンケート結果から好意的な評価を得ることができた。 今後は、手話動作及びハンドジェスチャに含まれるより細かい感性的表現の解析をおこなっていくと共に、ジェスチャー入出力に基づく新しいマン・マシンインタフェースへの可能性を検討して行きたい。

現在担当している科目

科目名開講学部・研究科開講年度学期
基礎物理学B 建築(1)創造理工学部2020秋学期
理工学基礎実験2B 応物先進理工学部2020秋学期
理工学基礎実験2B 物理先進理工学部2020秋学期
物理入門 (応物)先進理工学部2020春学期
物理入門 (物理)先進理工学部2020春学期
物理入門 (応物) 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
物理入門 (物理) 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
応用物理学実験B先進理工学部2020通年
物理実験B先進理工学部2020通年
応用物理学実験B 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
物理実験B  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
卒業研究先進理工学部2020通年
卒業研究【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
物理実験学先進理工学部2020春学期
物理実験学先進理工学部2020春学期
卒業研究先進理工学部2020通年
卒業研究  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
ダイナミカルシステム先進理工学部2020秋学期
ダイナミカルシステム先進理工学部2020秋学期
応用確率過程先進理工学部2020春学期
応用確率過程先進理工学部2020春学期
応用確率過程  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
応用確率過程  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
Graduation Thesis A (Physics)先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis A (Physics) [S Grade]先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis A (Applied Physics)先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis A (Applied Physics) [S Grade]先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis B (Physics)先進理工学部2020春学期
Graduation Thesis B (Physics) [S Grade]先進理工学部2020春学期
Graduation Thesis B (Applied Physics)先進理工学部2020春学期
Graduation Thesis B (Applied Physics) [S Grade]先進理工学部2020春学期
Current Topics in Physics先進理工学部2020秋学期
Current Topics in Physics先進理工学部2020秋学期
Current Topics in Physics先進理工学部2020秋学期
Current Topics in Physics [S Grade]先進理工学部2020秋学期
修士論文(物理応物)大学院先進理工学研究科2020通年
Research on Measurement and Information Technology大学院先進理工学研究科2020通年
計測・情報工学研究大学院先進理工学研究科2020通年
Measurement and Information Technology大学院先進理工学研究科2020春学期
計測・情報工学特論大学院先進理工学研究科2020春学期
Seminar on Measurement and Information Technology A大学院先進理工学研究科2020春学期
計測・情報工学演習A大学院先進理工学研究科2020春学期
Seminar on Measurement and Information Technology B大学院先進理工学研究科2020秋学期
計測・情報工学演習B大学院先進理工学研究科2020秋学期
Master's Thesis (Department of Pure and Applied Physics)大学院先進理工学研究科2020通年
計測・情報工学研究大学院先進理工学研究科2020通年
物理学及応用物理学海外特別演習A大学院先進理工学研究科2020通年
物理学及応用物理学海外特別演習B大学院先進理工学研究科2020通年
物理学及応用物理学海外特別演習C大学院先進理工学研究科2020通年
物理学及応用物理学海外特別演習D大学院先進理工学研究科2020通年