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【特集】 光・レーザーによるものづくり―機能材料をよみがえらせるフェムト秒レーザー3次元加工技術―
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特集にあたって
Introduction
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平尾一之(京都大学 大学院 工学研究科 教授)
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ホログラムによる高速・高精度3次元レーザー加工
3-D Micromachining Inside of a Glass by a Hologram and Femtosecond Laser at High-speed and High-precision
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田中修平((社)ニューガラスフォーラム ナノガラス研究本部 つくば研究室 室長)
フェムト秒レーザーによる3次元加工で,ガラス内部に各種デバイスが作製されてきた。これらの加工では,実用化に耐える低コストでの作製手法が未確立であり,デバイスの性能向上に必要な加工精度の問題もあり,広く世の中に普及するには至っていなかった。これらの問題を同時に解決するためのガラス・ホログラムによる3次元加工手法,およびアクティブ素子の実現と高屈折率差の実現方法について記す。
【目次】
1. はじめに
2. フェムト秒レーザーとは
3. フェムト秒レーザー加工
3.1 3次元逐次加工(従来の加工法)
3.1.1 加工法:フェムト秒レーザーの逐次照射による3次元加工
3.1.2 逐次照射によるデバイスの試作例
3.1.3 逐次加工の課題:逐次照射による3次元造形の問題点
(1) 加工精度(光軸方向の伸びとつなぎ精度)
(2) 加工時間
3.2 3次元一括加工(ホログラム加工)
3.2.1 ガラス・ホログラムによる加工法(一括加工システム)
3.2.2 ガラス・ホログラムによる高精度3次元加工
3.2.3 ガラス・ホログラムによる高速度3次元造形
3.2.4 ガラス・ホログラムによる3次元デバイスの作製例
4. ガラス・ホログラムによるデバイス加工技術の実用化に向けての考察
4.1 フェムト秒レーザー加工用材料(ガラスを主に)
4.1.1 溶融ガラス
4.1.2 特殊溶融ガラス
4.1.3 人工ガラス
4.2 フェムト秒レーザーの高出力化動向
4.3 ホログラムの耐光性および画素数
4.4 製造コストについて
4.5 主な応用分野
5. おわりに
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フェムト秒レーザープロセッシングの特徴と可能性
Characteristics and Possibility of the Femtosecond Laser Processing
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三浦清貴(京都大学 大学院 工学研究科 准教授)
フェムト秒レーザーは,集光することで非常に高い電場強度を容易に得ることができ,レーザーの波長に対して透明な材料内部を3次元的に局所構造改質することが可能である。本稿では,フェムト秒レーザーパルスとガラス材料との相互作用の結果として生じる誘起構造の形成メカニズムやそれらの光デバイスへの応用について触れることで,フェムト秒レーザープロセッシングの特徴とその可能性を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. フェムト秒レーザー集光照射の特徴
3. 高密度化による高屈折率化
4. 元素移動による屈折率変化
5. ガラス内部からのSi構造体やナノ微粒子の析出
6. 材料内部への誘起構造一括形成
7. おわりに
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空間光変調器によるレーザー光波面制御
A Spatial Light Modulator and its Application to Optical Wavefront Control
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伊藤晴康(浜松ホトニクス(株) 中央研究所 専任部員)
大林寧(浜松ホトニクス(株) 中央研究所 専任部員)
原勉(浜松ホトニクス(株) 中央研究所 研究所長代理)
近年,レーザー加工,顕微鏡,光ピンセット,光メモリーなどの分野において,光波の位相を2次元的に制御するための空間光変調器の必要性が高まりつつある。本稿では,われわれが開発したLCOS型空間光変調器の詳細と,そのレーザー光波面制御,特にフェムト秒レーザー加工への応用に関して紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 空間光変調器とは
3. 浜松ホトニクスにおける空間光変調器の開発
4. LCOS型空間光変調器の開発
5. 光波面制御モジュールの開発
6. LCOS-SLMによる光波面制御技術の開発
7. おわりに
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フェムト秒レーザーを利用したナノマテリアル形成
Nanomaterial Fabrication using Femtosecond Laser Pulse
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下間靖彦(京都大学 産官学連携センター 産学官連携准教授)
溶液プロセスにフェムト秒レーザーの集光照射を応用することによって,金属CuナノワイヤやZnOナノロッドなどのナノマテリアル合成に成功した。レーザー照射条件や溶媒の諸条件により,形成されるナノマテリアルの形態制御が可能であることを見いだし,トップダウンとボトムアップを融合した新規ナノマテリアル合成プロセスを提案した。
【目次】
1. はじめに
2. 金属Cuナノワイヤの作製
3. 金属Cuナノワイヤの形成メカニズム
4. ZnOナノ粒子の合成
5. ZnOナノ粒子の形成メカニズム
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レーザー加工の現状
Trend about Laser Processing Technology
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兼平真悟(京都大学 産官学連携センター 産学官連携助教)
現在進められている微細加工技術に関する展望と,レーザー加工プロセスの特徴について紹介する。また,フェムト秒レーザーを使用した透明材料のナノ加工に関する,最近の研究成果についてもあわせて報告する。
【目次】
1. はじめに
2. ナノテクノロジーの重要性
3. レーザー加工
4. フェムト秒レーザー加工
5. 3次元加工例
5.1 ナノボイド周期構造体
5.2 クロス型転位パターン
6. おわりに
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超高速時間分解観測装置の開発とフェムト秒レーザー加工の観測
Ultrafast Observation of Femtosecond Laser Processing
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坂倉政明(京都大学 産官学連携センター NEDO光集積ラボラトリー 産学官連携助教)
フェムト秒レーザー集光照射によるガラス内部での構造変化の初期過程の観測のために開発した超高速時間分解観測装置の原理について解説し,それによる観測結果を紹介する。観測の結果,非常に短い時間での光励起によって急激に照射領域が温度上昇し,それに伴って発生した局所的な熱応力によって圧力波が発生することが明らかになった。観測された圧力波から推測されるフェムト秒レーザー照射による構造変化のメカニズムやフェムト秒レーザー加工の特徴についても解説する。
【目次】
1. はじめに
1.1 フェムト秒レーザー加工について
1.2 なぜ時間分解観測が必要か?
2. 測定原理
2.1 時間分解観測の方法
2.2 過渡レンズ法の原理
3. 実験装置
4. 観測結果
4.1 時間分解観測結果と解析
4.2 レーザー誘起圧力波からわかること
4.3 ダイナミクスと構造変化の違い
5. おわりに
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フェムト秒レーザーの技術動向と関連市場
Technology Trend and Market of Femtosecond Laser
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シーエムシー出版 編集部
【目次】
1. 概要
2. 市場規模
3. 関連プロジェクト
3.1 3次元光デバイス高効率製造技術プロジェクト
3.2 フェムト秒テクノロジープロジェクト
4. 企業動向
(1) アイシン精機
(2) シーシーエス
(3) メガオプト
(4) 古河電気工業
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Material Report
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R&D
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大気圧マルチガス高純度プラズマ源の開発と応用
Development of High-purity Atmospheric Multi-gas Plasma Source and its Application
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宮原秀一(東京工業大学 大学院 総合理工学研究科 創造エネルギー専攻 特別研究員)
沖野晃俊(東京工業大学 大学院 総合理工学研究科 創造エネルギー専攻 准教授)
CVDやエッチングをはじめとしたプラズマ気相反応は半導体産業などに広く使用され,現代のIT社会に不可欠な技術となっている。従来,こうしたプラズマ源のほとんどは減圧下で生成されていたが,ここ数年,大気圧プラズマが注目を集めている。しかし,大気圧下ではプラズマ化できるガス種に制限があった。筆者らは,さまざまなガスをプラズマガスとしてプラズマを生成できる,マルチガス高純度プラズマ源を開発したので報告する。
【目次】
1. はじめに
2. 大気圧プラズマの生成法
3. マルチガス誘導結合プラズマ源
3.1 アルゴン誘導結合プラズマトーチ
3.2 マルチガスプラズマトーチ
3.3 マルチガスプラズマの基本特性
3.4 液体原料直接導入誘導結合プラズマ
4. マルチガスプラズマ源の応用例
4.1 酸素プラズマおよび酸素混合アルゴンプラズマによるレジスト剥離
4.2 水素混合ヘリウムプラズマによるレジスト剥離
5. 大気圧マルチガスマイクロプラズマ
6. おわりに
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高分子ゲートバッファー層による有機薄膜トランジスタの特性制御
Control of Device Characteristics in Organic Thin-Film Transistors with Polymer Gate Buffer Layers
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野田啓(京都大学 大学院 工学研究科 電子工学専攻 助教)
谷田真司(京都大学 大学院 工学研究科 電子工学専攻 修士課程)
有機半導体を活性層としたOTFTにおいては,pチャネル型と比較してnチャネル型の性能が著しく劣っており,その性能向上が急務となっている。本研究ではSiO2ゲート絶縁膜と有機半導体層の界面にPMMA極薄膜をバッファー層として導入することで,nチャネルOTFTの移動度の増加や大気下安定動作の実現,ならびにpチャネルおよびnチャネル動作が同一の素子で発現する両極性駆動を確認した。一連の結果から,高分子ゲートバッファー層がOTFTの電子輸送特性の改善に寄与する効果について議論する。
【目次】
1. はじめに
2. 研究の背景
3. 実験方法
3.1 極薄高分子ゲートバッファー層の作製
3.2 有機半導体による薄膜トランジスタの作製
3.3 作製したOTFTの構造および電気的特性評価
4. 実験結果と考察
4.1 NTCDA薄膜トランジスタ
4.2 ペンタセン薄膜トランジスタ
5. おわりに
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連載 ロボットテクノロジー都市の実現に向けて(7)
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二足歩行ロボットの構造と設計
Construction and Design of Bipedal Robot
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高橋智隆(ロボ・ガレージ ロボットクリエイター)
ほんの10年前まで,ロボットが歩く,ということはとてつもなく困難なことであった。それが今や当たり前のように歩き,走るロボットも登場している。何がロボットを急激に進化させたのか。ロボットのハードウェアの構造を中心に検証してみたい。
【目次】
1. なぜ歩けるようになったのか
2. 実験器具からの脱却
3. ロボットとデザイン
4. ハードウェア
5. 外装
6. おわりに
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特集にあたって
Introduction
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平尾一之(京都大学 大学院 工学研究科 教授)
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ホログラムによる高速・高精度3次元レーザー加工
3-D Micromachining Inside of a Glass by a Hologram and Femtosecond Laser at High-speed and High-precision
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田中修平((社)ニューガラスフォーラム ナノガラス研究本部 つくば研究室 室長)
フェムト秒レーザーによる3次元加工で,ガラス内部に各種デバイスが作製されてきた。これらの加工では,実用化に耐える低コストでの作製手法が未確立であり,デバイスの性能向上に必要な加工精度の問題もあり,広く世の中に普及するには至っていなかった。これらの問題を同時に解決するためのガラス・ホログラムによる3次元加工手法,およびアクティブ素子の実現と高屈折率差の実現方法について記す。
【目次】
1. はじめに
2. フェムト秒レーザーとは
3. フェムト秒レーザー加工
3.1 3次元逐次加工(従来の加工法)
3.1.1 加工法:フェムト秒レーザーの逐次照射による3次元加工
3.1.2 逐次照射によるデバイスの試作例
3.1.3 逐次加工の課題:逐次照射による3次元造形の問題点
(1) 加工精度(光軸方向の伸びとつなぎ精度)
(2) 加工時間
3.2 3次元一括加工(ホログラム加工)
3.2.1 ガラス・ホログラムによる加工法(一括加工システム)
3.2.2 ガラス・ホログラムによる高精度3次元加工
3.2.3 ガラス・ホログラムによる高速度3次元造形
3.2.4 ガラス・ホログラムによる3次元デバイスの作製例
4. ガラス・ホログラムによるデバイス加工技術の実用化に向けての考察
4.1 フェムト秒レーザー加工用材料(ガラスを主に)
4.1.1 溶融ガラス
4.1.2 特殊溶融ガラス
4.1.3 人工ガラス
4.2 フェムト秒レーザーの高出力化動向
4.3 ホログラムの耐光性および画素数
4.4 製造コストについて
4.5 主な応用分野
5. おわりに
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フェムト秒レーザープロセッシングの特徴と可能性
Characteristics and Possibility of the Femtosecond Laser Processing
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三浦清貴(京都大学 大学院 工学研究科 准教授)
フェムト秒レーザーは,集光することで非常に高い電場強度を容易に得ることができ,レーザーの波長に対して透明な材料内部を3次元的に局所構造改質することが可能である。本稿では,フェムト秒レーザーパルスとガラス材料との相互作用の結果として生じる誘起構造の形成メカニズムやそれらの光デバイスへの応用について触れることで,フェムト秒レーザープロセッシングの特徴とその可能性を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. フェムト秒レーザー集光照射の特徴
3. 高密度化による高屈折率化
4. 元素移動による屈折率変化
5. ガラス内部からのSi構造体やナノ微粒子の析出
6. 材料内部への誘起構造一括形成
7. おわりに
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空間光変調器によるレーザー光波面制御
A Spatial Light Modulator and its Application to Optical Wavefront Control
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伊藤晴康(浜松ホトニクス(株) 中央研究所 専任部員)
大林寧(浜松ホトニクス(株) 中央研究所 専任部員)
原勉(浜松ホトニクス(株) 中央研究所 研究所長代理)
近年,レーザー加工,顕微鏡,光ピンセット,光メモリーなどの分野において,光波の位相を2次元的に制御するための空間光変調器の必要性が高まりつつある。本稿では,われわれが開発したLCOS型空間光変調器の詳細と,そのレーザー光波面制御,特にフェムト秒レーザー加工への応用に関して紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 空間光変調器とは
3. 浜松ホトニクスにおける空間光変調器の開発
4. LCOS型空間光変調器の開発
5. 光波面制御モジュールの開発
6. LCOS-SLMによる光波面制御技術の開発
7. おわりに
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フェムト秒レーザーを利用したナノマテリアル形成
Nanomaterial Fabrication using Femtosecond Laser Pulse
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下間靖彦(京都大学 産官学連携センター 産学官連携准教授)
溶液プロセスにフェムト秒レーザーの集光照射を応用することによって,金属CuナノワイヤやZnOナノロッドなどのナノマテリアル合成に成功した。レーザー照射条件や溶媒の諸条件により,形成されるナノマテリアルの形態制御が可能であることを見いだし,トップダウンとボトムアップを融合した新規ナノマテリアル合成プロセスを提案した。
【目次】
1. はじめに
2. 金属Cuナノワイヤの作製
3. 金属Cuナノワイヤの形成メカニズム
4. ZnOナノ粒子の合成
5. ZnOナノ粒子の形成メカニズム
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レーザー加工の現状
Trend about Laser Processing Technology
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兼平真悟(京都大学 産官学連携センター 産学官連携助教)
現在進められている微細加工技術に関する展望と,レーザー加工プロセスの特徴について紹介する。また,フェムト秒レーザーを使用した透明材料のナノ加工に関する,最近の研究成果についてもあわせて報告する。
【目次】
1. はじめに
2. ナノテクノロジーの重要性
3. レーザー加工
4. フェムト秒レーザー加工
5. 3次元加工例
5.1 ナノボイド周期構造体
5.2 クロス型転位パターン
6. おわりに
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超高速時間分解観測装置の開発とフェムト秒レーザー加工の観測
Ultrafast Observation of Femtosecond Laser Processing
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坂倉政明(京都大学 産官学連携センター NEDO光集積ラボラトリー 産学官連携助教)
フェムト秒レーザー集光照射によるガラス内部での構造変化の初期過程の観測のために開発した超高速時間分解観測装置の原理について解説し,それによる観測結果を紹介する。観測の結果,非常に短い時間での光励起によって急激に照射領域が温度上昇し,それに伴って発生した局所的な熱応力によって圧力波が発生することが明らかになった。観測された圧力波から推測されるフェムト秒レーザー照射による構造変化のメカニズムやフェムト秒レーザー加工の特徴についても解説する。
【目次】
1. はじめに
1.1 フェムト秒レーザー加工について
1.2 なぜ時間分解観測が必要か?
2. 測定原理
2.1 時間分解観測の方法
2.2 過渡レンズ法の原理
3. 実験装置
4. 観測結果
4.1 時間分解観測結果と解析
4.2 レーザー誘起圧力波からわかること
4.3 ダイナミクスと構造変化の違い
5. おわりに
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フェムト秒レーザーの技術動向と関連市場
Technology Trend and Market of Femtosecond Laser
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シーエムシー出版 編集部
【目次】
1. 概要
2. 市場規模
3. 関連プロジェクト
3.1 3次元光デバイス高効率製造技術プロジェクト
3.2 フェムト秒テクノロジープロジェクト
4. 企業動向
(1) アイシン精機
(2) シーシーエス
(3) メガオプト
(4) 古河電気工業
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Material Report
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R&D
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大気圧マルチガス高純度プラズマ源の開発と応用
Development of High-purity Atmospheric Multi-gas Plasma Source and its Application
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宮原秀一(東京工業大学 大学院 総合理工学研究科 創造エネルギー専攻 特別研究員)
沖野晃俊(東京工業大学 大学院 総合理工学研究科 創造エネルギー専攻 准教授)
CVDやエッチングをはじめとしたプラズマ気相反応は半導体産業などに広く使用され,現代のIT社会に不可欠な技術となっている。従来,こうしたプラズマ源のほとんどは減圧下で生成されていたが,ここ数年,大気圧プラズマが注目を集めている。しかし,大気圧下ではプラズマ化できるガス種に制限があった。筆者らは,さまざまなガスをプラズマガスとしてプラズマを生成できる,マルチガス高純度プラズマ源を開発したので報告する。
【目次】
1. はじめに
2. 大気圧プラズマの生成法
3. マルチガス誘導結合プラズマ源
3.1 アルゴン誘導結合プラズマトーチ
3.2 マルチガスプラズマトーチ
3.3 マルチガスプラズマの基本特性
3.4 液体原料直接導入誘導結合プラズマ
4. マルチガスプラズマ源の応用例
4.1 酸素プラズマおよび酸素混合アルゴンプラズマによるレジスト剥離
4.2 水素混合ヘリウムプラズマによるレジスト剥離
5. 大気圧マルチガスマイクロプラズマ
6. おわりに
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高分子ゲートバッファー層による有機薄膜トランジスタの特性制御
Control of Device Characteristics in Organic Thin-Film Transistors with Polymer Gate Buffer Layers
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野田啓(京都大学 大学院 工学研究科 電子工学専攻 助教)
谷田真司(京都大学 大学院 工学研究科 電子工学専攻 修士課程)
有機半導体を活性層としたOTFTにおいては,pチャネル型と比較してnチャネル型の性能が著しく劣っており,その性能向上が急務となっている。本研究ではSiO2ゲート絶縁膜と有機半導体層の界面にPMMA極薄膜をバッファー層として導入することで,nチャネルOTFTの移動度の増加や大気下安定動作の実現,ならびにpチャネルおよびnチャネル動作が同一の素子で発現する両極性駆動を確認した。一連の結果から,高分子ゲートバッファー層がOTFTの電子輸送特性の改善に寄与する効果について議論する。
【目次】
1. はじめに
2. 研究の背景
3. 実験方法
3.1 極薄高分子ゲートバッファー層の作製
3.2 有機半導体による薄膜トランジスタの作製
3.3 作製したOTFTの構造および電気的特性評価
4. 実験結果と考察
4.1 NTCDA薄膜トランジスタ
4.2 ペンタセン薄膜トランジスタ
5. おわりに
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連載 ロボットテクノロジー都市の実現に向けて(7)
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二足歩行ロボットの構造と設計
Construction and Design of Bipedal Robot
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高橋智隆(ロボ・ガレージ ロボットクリエイター)
ほんの10年前まで,ロボットが歩く,ということはとてつもなく困難なことであった。それが今や当たり前のように歩き,走るロボットも登場している。何がロボットを急激に進化させたのか。ロボットのハードウェアの構造を中心に検証してみたい。
【目次】
1. なぜ歩けるようになったのか
2. 実験器具からの脱却
3. ロボットとデザイン
4. ハードウェア
5. 外装
6. おわりに
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