多指ハンド双腕光マニピュレータを用いた3次元マイクロ操作と計測

本研究では，1台の光源からのレーザ光を2本の偏光ビームに分割し，この2本の腕に対応する各々のビームに対し，マイクロ操作時のエンドエフェクタとなるレーザ光焦点位置や高輝度光パターンを精密に実時間制御できる多点光ピンセット光学系を構成することで，双腕多指ハンドとして機能する光マニピュレータを開発する。この制御観測系に，光学顕微鏡下の観測画像の実時間画像処理と画像再構成技術を統合することで，微小物の視覚認識に基づいた能動的な捕捉・把持と双腕系の協調動作を用いた非接触3次元マイクロ操作と計測技術の高度化・自動化について検討する。これにより，光ピンセットマイクロ操作技術の学術的確立と共に，3次元細胞生物学や顕微熟練作業の自動化に貢献できる基盤技術を開発することを目的とする。本年度に得られた主な成果は以下のとおりである。視触覚双腕光マニピュレータによるマイクロ操作：観測系と制御系間の各種非線形歪みを較正する新たな手法を開発し，一昨年度開発したミラー走査型双腕3次元光ピンセットシステムに適用することで，マウスによる光ピンセット操作時の精度を大幅に改善することができた。また，市販の3次元指示デバイスと実時間画像処理技術を利用して，両手を用いた双腕協調マイクロ操作時に，被操作対象と球状エンドエフェクタ間の反力を作業者にリアルタイムで視覚的に提示できる視触覚双腕光マニピュレータシステムを開発し，ガラス片や珪藻などの非球状物のマイクロ操作に適用することでその有効性を実証した。光捕捉からの逸脱のない安定かつ高精度な双腕協調光ピンセット操作においては，被操作対象からの反力の検出が不可欠であり，リアルタイムに複数把持点の反力を視覚的に提示しながら両手でマイクロ操作できる視触覚双腕光マニピュレータは，世界的にもこれまで研究報告が無く，顕微熟練作業の高度化に貢献できるものである。

本研究では，1台の光源からのレーザ光を2本の偏光ビームに分割し，この2本の腕に対応する各々のビームに対し，マイクロ操作時のエンドエフェクタとなるレーザ光焦点位置や高輝度光パターンを精密に実時間制御できる多点光ピンセット光学系を構成することで，双腕多指ハンドとして機能する光マニピュレータを開発する。この制御観測系に，光学顕微鏡下の観測画像の実時間画像処理と画像再構成技術を統合することで，微小物の視覚認識に基づいた能動的な捕捉・把持と双腕系の協調動作を用いた非接触3次元マイクロ操作と計測技術の高度化・自動化について検討する。これにより，光ピンセットマイクロ操作技術の学術的確立と共に，3次元細胞生物学や顕微熟練作業の自動化に貢献できる基盤技術を開発することを目的とする。本年度に得られた主な成果は以下のとおりである。視触覚双腕光マニピュレータによるマイクロ操作：観測系と制御系間の各種非線形歪みを較正する新たな手法を開発し，一昨年度開発したミラー走査型双腕3次元光ピンセットシステムに適用することで，マウスによる光ピンセット操作時の精度を大幅に改善することができた。また，市販の3次元指示デバイスと実時間画像処理技術を利用して，両手を用いた双腕協調マイクロ操作時に，被操作対象と球状エンドエフェクタ間の反力を作業者にリアルタイムで視覚的に提示できる視触覚双腕光マニピュレータシステムを開発し，ガラス片や珪藻などの非球状物のマイクロ操作に適用することでその有効性を実証した。光捕捉からの逸脱のない安定かつ高精度な双腕協調光ピンセット操作においては，被操作対象からの反力の検出が不可欠であり，リアルタイムに複数把持点の反力を視覚的に提示しながら両手でマイクロ操作できる視触覚双腕光マニピュレータは，世界的にもこれまで研究報告が無く，顕微熟練作業の高度化に貢献できるものである。