学術交流支援資金：海外の大学等との共同学術活動支援（2014年度）報告書
Sociable
RobotとCloud of Things基盤の連携による
分散知覚共有ネットワーク構築
申請代表者：環境情報学部 高汐 一紀
1 本報告書の概要
知覚共有ネットワークとは，生体の知覚機能を模倣可能な小型ロボットである知覚ポッドと，非侵襲型のポータブル感覚ディスプレイ装置である知覚ディスプレイとがアドホックに接続される，遠隔コグニティブ・システムである．そのトポロジもまた生体の神経網を模した構造をとり，人の知覚の空間的拡張すなわち論理的な身体感覚の形成を可能とする．申請者は2012年度にミュンヘン工科大学にて，人やロボットに装着可能なマルチモーダル知覚センサ・パッドの研究に従事していた．本研究課題では，ミュンヘン工科大学Gordon Chen教授らのグループと共同で，知覚ポッドとして機能可能なSociable
Robotを開発し，さらに，Singapore Management UniversityのLiveLabsグループをアドバイザに迎え，Cloud of Things基盤技術をベースとする分散知覚共有ネットワークのプロトタイピングを行う．
2 研究の背景と目的
“Making
robots more acceptable..” ミュンヘン工科大学（TUM: Technishe Universität
München）で研究機関ICS（Institute for Cognitive Systems）を率いるGordon
Cheng教授の言葉である[1]．常時ネットワークに接続された次世代のロボット（Networked Robot）は，自らM2M（Machine to Machine）コミュニケーション，M2S（Machine to Service）コミュニケーションを駆使する存在として，あるものはユビキタス情報サービスのアクターとして人々と共存し，またあるものは人の身体の一部として機能する．
申請者は，2012年度の1年間， 同研究所（TUM/ICS）にて，マルチモーダル感覚センサ・パッドの研究に従事していた[2]．ロボットへの装着を前提とした人工皮膚パッド（Artificial Skin
Pad）である．次世代のロボットには高度な社会性（Sociality）が求められるが，ロボット自身が持つ知覚能力は，人とのインタラクションの中でロボットの所作を決定する重要なファクターとなる[3]．同センサ・パッドは高度にモジュール化されており，皮下受容細胞に相当する触感センサ（近接，直接の2種），温感センサ，さらには運動感覚，平衡感覚を受容する高精度な動きセンサを備え，複数のパッドを連接して使用することで，人間の皮膚に近いレベルでの実世界情報収集と状況認識が可能となる（図1）．
生体固有の知覚機能の解明も進んでおり，コンピュータシステム上で人間の五感を模倣することも可能になりつつある[4]．ロボットが人間と同等の知覚機能を持ち，ネットワークを通してその情報を人間と共有することができるとしたらどうだろうか？必要なとき必要な場所のロボットを適切に選択し，感覚情報の伝達と知覚機能の一部を担うネットワークをダイナミックに構成，ユーザ毎のルールに基づいて知覚機能を支援することができれば，より密なヒューマン・ロボット・インタラクションを実現できるだけでなく，人間の感覚の空間的拡張，すなわち，物理的な身体構造や物理空間に制約されない論理的な身体感覚の形成が可能になる．ロボットを身体性拡張のツールとして使用する代表的な事例としては，サイバネティクス（Cybernetics）やサイバニクス（Cybernics）が存在する．しかし，ロボットと人との感覚の共有，知覚能力の空間的拡張に関しては，まだまだ未知の要素も多く，神経工学の分野で大がかりな侵襲式のブレイン・マシン・インタフェース（BMI）がようやく実験段階にある状況である[5]．Gordon Cheng教授（TUM）と申請者は，人間と同等の感覚を持ち，周囲の状況を正しく認識し，個体同士だけでなく人ともその情報を正しく共有し，個々の行動・動作に反映できるロボットを，ソーシャブル・ロボット（Sociable Robot）と呼び，今後のロボティクス・デザインの目標としている．
一方，申請者が所属するプロジェクト「ユビキタスコンピューティング＆ネットワーキングプロジェクト」では，日欧共同研究プロジェクト（ClouTプロジェクト）として，リアルタイムにデータを生成するInternet of Things技術とクラウドコンピューティング技術の融合を目指した基盤技術，Cloud of Thingsの研究開発を進めており，日欧で共通の基盤に基づいた都市のスマート化に取り組んできた[6]．
図1: マルチモーダル知覚センサ・パッドとSociable
Robotのプロトタイプ
本研究課題の目標は，前述のマルチモーダル感覚センサ・パッドをベースに，感覚情報のセンシングから知覚コンテクストへの加工までを，小型ロボット上でリアルタイムに処理可能な高機能小型知覚処理ノード，知覚ポッド（Perception Pod）を設計，そのプロトタイプを実装することにある．並行して，人間の皮膚感覚器を弱電流等により刺激することで感覚を伝達することのできる，非侵襲型ポータブル感覚ディスプレイ装置，知覚ディスプレイ（Perception Display）を設計し，生体神経網をモデルとしそれらを有機的に結合する知覚共有ネットワーク（Perceptive network）を提案，プロトタイピングを通してそれらの有用性を議論する．
[3]
P. Mittendorfer and G. Cheng,
“3D Surface Reconstruction for Robotic Body Parts with Artificial Skins”, IEEE
International Conference on Intelligent Robots and Systems 2012.
[4]
Calvert GA, Spence C, Stein BE and editors, “The Handbook
of Multisensory Processes (Bradford Books)”, A Bradford Book, 2004.
[5]
吉峰俊樹
監修，“日本発!! ブレイン・マシン・インターフェース新時代”，週間医学会新聞, 第2959号 2012年1月2日.
[6]
ClouT Project web page,
http://clout-project.eu
3 研究の手法と実施内容
プラットフォーム実装
本研究課題では，前述のマルチモーダル感覚センサ・パッドを感覚器として備えたSociable Robotをベースに，感覚情報のセンシングから知覚コンテクストへの加工までを，小型ロボット上でリアルタイムに処理可能な高機能小型知覚処理ノード，知覚ポッド（Perception Pod）を設計，プロトタイプを実装した．並行して，人間の皮膚感覚器を弱電流等により刺激することで感覚を伝達することのできる，非侵襲型ポータブル感覚ディスプレイ装置，知覚ディスプレイ（Perception Display）を設計し，生体神経網をモデルとしそれらを有機的に結合する知覚共有ネットワーク（Perceptive network）を提案，プロトタイピングと実証実験を通してそれらの有用性を議論した．図1に示したセンサ・パッドは，元々，ヒューマノイドをはじめとするロボットの人工皮膚用として開発されたものであり，小型ヒューマノイドを移動体プラットフォームとして利用可能である．さらに，分散知覚共有ネットワークのプロトタイプをCloud of Things基盤上に構築することにより，都市規模でありながら，低コストかつ自由度の高いリアルタイム遠隔コグニティブ・システム構築の可能性を探った．
本年度の目標と担当研究機関（ICS（TUM），LiveLabs（SMU），申請者（慶應））は次の通りであった．各課題は，並行してこれらを進め，さらに次年度以降につながる準備的な研究として，フィージビリティ・スタディを実施した．
[P-1].
知覚ポッドの基本ハードウェアデザインと知覚アルゴリズムの検討
（担当： ICS（TUM）／申請者）
先行関連研究の分析と問題点の洗い出しを進めるとともに，皮膚感覚情報や運動感覚（自己受容感覚）のセンシングから，知覚コンテクストへの加工（知覚処理）までを，リアルタイムに実行可能な高機能小型ロボットの機能要件をハードウェアとソフトウェアの両面から整理し，Sociable Robotとしてプロトタイプを実装した．本課題では，ミュンヘン工科大Gordon
Chen教授らのグループ（ICS）と情報交換を行いつつ，設計と実装を進めた．
[P-2].
実証実験プラットフォームの構築と評価指標の検討
（担当： 申請者）
キャンパス内にCloud of Thingsアーキテクチャに基づく小規模実験プラットフォームを構築し，知覚ポッドの各機能を評価検証するためのシナリオの検討と，遠隔コグニティブ・システムとしての評価指標の形式化を行う．
[P-3].
知覚共有ネットワークの基本設計とプロトタイプ実装
（担当： LiveLabs（SMU）（アドバイザ）／申請者）
単純化した問題として「知覚ポッド（ロボット）とユーザが多対一で接続されたトポロジ」を想定し，P-2の実験プラットフォーム上に知覚共有ネットワークのプロトタイプを実装，知覚処理アルゴリズムの基礎的評価を行う．本課題では，Singapore Management University，LiveLabsグループと情報交換を行いつつ，プロトタイピングを進める．
フィージビリティ・スタディ
前述のプラットフォーム実装と並行して，以下の3点に関して，欧州プロジェクト，米国プロジェクトに関連する諸機関を調査し，比較検討の上，今後の研究開発の具体的な方向性を決定するとともに，本プロジェクトでの注力項目の明確化を図った．
[F-1]. 参加型実世界情報プロービング技術
[F-2]. 大規模分散型知覚ネットワーク構成技術
[F-3]. ヒューマノイド型高感度コグニティブ・システム構築技術
夏期休暇期間（平成26年8月2日～4日）には，Singapore Management University (SMU)にて，同大学LiveLabsグループならびにNational
University of Singapore (NUS) CUTEグループとの合同集中ワークショップを開催し，本年度の研究開発成果の情報共有ならびに機能間連携作業を行った．
図3-1 SMU-Keio夏期ワークショップ
図 3-2 SMU-Keio Joint Workshop 2014プログラム
4 総括
本研究の独創性は第一に，本研究課題で取り組む知覚ポッド（Perception Pod）実装技術と知覚共有ネットワーク（Perceptive Network）構築技術，非侵襲型のポータブル感覚ディスプレイ（Perception Display）実装技術のいずれもが，ロボットへの知覚能力の付与，すなわちSentient Robotの実現のみならず，人間そのものの知覚の空間的エンパワーメントをも可能にする技術であるという点にある．本研究課題により，知覚能力とある種の社会性を備えた次世代ロボットと，それを繋ぐネットワーク，さらには人の五感を模倣し，人の感覚器にアクセスするアクチュエータが現実のものとなる．ユビキタス情報空間への恒常的なアクセス能力を手に入れることで，人間の身体能力はこれまでにも徐々に拡張されてきた．媒体としてのユビキタス情報空間，ソーシャブルなロボット，そして空間的に拡張される人の知覚能力．人々が日常として，遠隔地のロボットを自身のアバターとして操作し，状況を手元で知覚できるようになったとき，それらが三位一体となったインタラクションの研究もまた，新たなフェーズに移行することが期待される．
本研究課題の成果を，オフィスや家庭，公共空間といった人間の生活環境全般を対象として適用することで，実用的な知的生活空間，ユビキタス情報空間，ロボットとのより自然な共同生活空間の実現に向けて大きなインパクトを与えることが期待できる．