🚩 フラグシップPoC：人型ロボット（Samizo-AITL集大成）

🚩 Flagship PoC: Humanoid Robot (Culmination of Samizo-AITL)

⚡ TL;DR / エグゼクティブサマリー

• Samizo-AITL PoC = フラグシップ人型ロボットプロジェクト
  FSM × PID × 状態空間制御 × LLM を統合したクロスノード設計。
  Samizo-AITL PoC = Flagship humanoid robot project integrating FSM × PID × State-space × LLM in a cross-node design.

• Atlas & Optimus を超える領域
  会話・個人認識・損傷対応・自己発電による自律行動を実現。
  Goes beyond Atlas & Optimus by enabling conversation, person recognition, damage tolerance, and self-powering autonomy.

• 目標 / Goal
  持続可能で冗長性を備えた知能的人型制御システムを実証し、Samizo-AITLの「集大成」とする。
  Demonstrate a sustainable, fault-tolerant, and intelligent humanoid control system as the culmination of Samizo-AITL.

本PoCは Samizo-AITL プロジェクトの「集大成」。
This PoC is positioned as the “culmination” of the Samizo-AITL project.
AITL-Hの三層アーキテクチャ（FSM × PID × LLM）を基盤に、頭脳（22 nm SoC）／感覚（0.18 µm AMS）／筋肉（0.35 µm LDMOS＋外付けパワーチップ）／自己発電ブロックを跨いだクロスノード設計を、SystemDKで統合検証します。
Based on AITL-H (FSM × PID × LLM), cross-node design spanning Brain (22 nm SoC), Sensing (0.18 µm AMS), Muscles (0.35 µm LDMOS + external power chips), and Energy Harvesting is integrated and verified with SystemDK.

🔗 公式リンク / Official Links

言語 / Language	GitHub Pages 🌐	GitHub 💻
🇯🇵 Japanese

🧩 クロスノード・チップセット / Cross-Node Chipset

(※1) 極限環境用途では 22nm FD-SOI 実装に切替可能（放射線耐性・広温度動作・低ノイズ対応）。
For extreme environments, Brain SoC can be implemented on 22nm FD-SOI (radiation tolerance, wide-temp operation, low-noise).

(※2) 必要に応じ 0.18 µm SOI AMS 実装も可能（低ノイズ・サブストレート干渉抑制・放射線耐性強化）。
Optionally, 0.18 µm SOI AMS implementation is available (low-noise, reduced substrate coupling, enhanced radiation tolerance).

⚙️ 制御アーキテクチャ / Control Architecture

📷 代表センサ構成 / Representative Sensors

• CMOSイメージセンサ（顔・場所認識）
  CMOS image sensor (face & location recognition)
• IMU（6/9軸）＋エンコーダ（外乱検知・姿勢推定）
  IMU (6/9-axis) + encoders (disturbance detection, posture estimation)
• 力覚／圧力センサ（グリップ・足裏・損傷検知）
  Force/pressure sensors (grip, foot sole, damage detection)
• MEMSマイク（音声入力・声紋認識）
  MEMS microphone (audio input, speaker recognition)
• 温度センサ（駆動系／SoCサーマル管理）
  Temperature sensors (drive/SoC thermal)
• 圧電素子アレイ（歩行衝撃からのエネルギー回収）
  Piezo array (harvesting walking impact)
• 薄膜PVセル（外装からの光発電）
  Thin-film PV cells (exterior light harvesting)

🤖 高度機能 / Advanced Capabilities

• 会話機能 / Conversational Ability
  MEMSマイクとLLM層を用い、自然言語での双方向対話が可能。音声認識と音声合成を通じて、人と自然に会話します。
  Using MEMS microphones and the LLM layer, the robot can engage in natural conversations with humans via speech recognition and synthesis.

• 個人認識 / Person Recognition
  顔認識＋声紋認識で「誰が話しかけているか」を識別し、個別に応答可能。
  With facial and voiceprint recognition, the robot identifies individuals and responds personally.

• 目的地移動 / Destination Navigation
  「リビングに行って」などの音声指示を理解し、SLAMと経路計画で指定場所へ移動可能。
  Understands spoken commands like “Go to the living room” and navigates there using SLAM and path planning.

• 体勢回復 / Posture Recovery
  外部から押されてもIMU＋FSMで転倒を検知し、200 ms以内に姿勢を持ち直す。
  Detects external pushes via IMU and FSM, recovering posture within 200 ms.

• 損傷対応 / Damage Tolerance
  腕や脚が一部損傷しても、残存アクチュエータを使って行動継続可能。
  Even with damaged limbs, the robot adapts and continues acting with remaining actuators.

• 強力な駆動力 / Powerful Actuation
  0.35 µm LDMOSと外付けパワーチップ（MOSFET/GaN）を組み合わせ、大関節での高トルク出力に対応。
  Combining 0.35 µm LDMOS with external power chips (MOSFET/GaN) enables high-torque output for large joints.

• 持続行動（自己発電） / Sustainable Operation (Self-Powering)
  圧電素子・薄膜PVセル・回生ブレーキを組み合わせ、外部電源がない山中やフィールド環境でも活動を継続可能。
  By combining piezoelectric elements, thin-film PV cells, and regenerative braking, the robot can sustain operation even in mountains or field environments without external power.

🌍 世界主要人型ロボットとの比較 / Comparison with World-Leading Humanoid Robots

📌 総評

• Atlas → 「運動性能」で突出（跳躍・宙返りなどアクロバット重視）。
• Optimus → 「量産・産業応用」に焦点（工場導入前提）。
• Samizo-AITL PoC → 「教育＋研究集大成＋エネルギー自立＋損傷対応」で差別化。

👉 世界トップを目指すなら、「Atlas級の運動性能」＋「Optimus級の産業実装性」に加え、Samizo-AITL独自の“自立性・冗長性” を強調することがカギになります。

🧭 SystemDK統合設計フロー / SystemDK Integrated Design Flow

flowchart TB
  Spec[Use-Case Spec] --> Model[SystemDK Multi-physics Model]
  Model --> Ctrl[PID + State-Space Design]
  Ctrl --> RTL[22nm SoC]
  Model --> AMS[0.18µm AMS AFE/ADC]
  Model --> PWR[0.35µm LDMOS Drive + External Power Chips]
  Model --> Harvest[Energy Harvest: Regen / Piezo / PV]
  RTL -->|UART/SPI/I2C/CSI2| AMS
  RTL -->|PWM/Telemetry| PWR
  Harvest --> PWR
  Harvest --> RTL
  PWR -.Heat/Noise/Stress.-> Model
  AMS -.Noise/Coupling.-> Model
  Harvest -.Heat/Stress/Noise.-> Model

🎯 成功指標（KPI） / Key Performance Indicators

• 姿勢回復時間 ≤ 200 ms
  Posture recovery time ≤ 200 ms
• 歩容安定度（CoM偏差RMS）+30%（PID単独比）
  Gait stability +30% vs. PID-only
• エネルギー効率 +15%（協調制御＋ハーベスト）
  Energy efficiency +15% (hybrid + harvesting)
• 異常検知誤差率（LLM+FSM） < 2%
  Anomaly detection error < 2%
• 自己発電寄与率：消費電力量の最大 20%補填
  Self-powering contribution up to 20%
• 持続行動時間延長：従来比 +30%（山岳フィールドにおける動作時間）
  Sustained operation time +30% in mountain/field missions

📂 ディレクトリ構成（予定） / Planned Directory Structure

humanoid/
 ├─ README.md
 ├─ hw/            # SoC, AMS, LDMOS, Power Chips 設計 / SoC, AMS, LDMOS, Power chips design
 ├─ control/       # FSM, PID, 状態空間, LLM / FSM, PID, state-space, LLM
 ├─ systemdk/      # モデル & シミュレーション / Models & simulation
 ├─ energy/        # 自己発電・電力回生モデル / Energy harvesting & regen models
 ├─ docs/          # マニュアル・テスト仕様 / Manuals & test specs
 └─ logs/          # 実験ログ / Experiment logs

📑 詳細資料リンク / Reference Links

資料 / Material	内容 / Description	リンク / Links
Humanoid PoC Reports	PWM Ripple / Thermal Derating / Mission Energy
Flagship PoC Slides	発表用スライド雛形 / Presentation draft slides

🚀 今後の展望 / Roadmap

• 実証実験ステップ / Experimental Steps
  • シミュレーションでのKPI検証（姿勢回復200ms・省エネ効率+15%）
    Validate KPIs in simulation (200 ms recovery, +15% efficiency)
  • 小型プロトタイプでの歩行・転倒回復デモ
    Prototype demonstration of walking and fall recovery
  • 会話・個人認識の実装テスト
    Test implementation of conversation and person recognition
• 技術拡張 / Technical Extensions
  • 大トルク駆動に向けたGaN/MOSFETパワーチップ統合
    Integrate GaN/MOSFET power chips for high-torque actuation
  • エネルギーハーベスト効率の最適化（圧電＋PV＋回生制御）
    Optimize energy harvesting (piezo + PV + regenerative control)
• 応用展開 / Applications
  • 山岳・災害現場での持続的自律活動
    Sustainable autonomous activity in mountain/disaster sites
  • 工場・物流での省エネ人型アシストロボット
    Energy-efficient humanoid assist robots for factories/logistics
• 最終目標 / Final Goal
  Samizo-AITLの集大成として、「自律・冗長性・持続性」を備えた世界トップ水準の人型ロボット を確立する。
  Establish a world-class humanoid robot with autonomy, fault tolerance, and sustainability as the culmination of Samizo-AITL.

📚 関連プロジェクト・教材 / Related Projects & Materials

プロジェクト / Project	説明 / Description	リンク / Links
EduController Part09	FSM × PID × LLM統合制御教材 Integrated control (FSM × PID × LLM)
Edusemi-v4x Chapter3	FSM × PID × LLMによるSoC設計教材 SoC design with FSM × PID × LLM
AITL-Strategy-Proposal	AITL戦略提言・政策提案 Strategy proposals & policy

👤 執筆者 / Author

項目 / Item	内容 / Details
著者 / Author	三溝 真一（Shinichi Samizo） Shinichi Samizo
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📄 ライセンス / License

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