KAKEN — 研究課題をさがす | 研究者番号: 20645478

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1. マイクロロボットとしての単細胞生物ゾウリムシの空間適応行動アルゴリズムの定式化

研究課題

研究種目	基盤研究(C)
審査区分	小区分61040:ソフトコンピューティング関連
研究機関	琉球大学
研究代表者	國田樹琉球大学, 工学部, 准教授
研究期間 (年度)	2023-04-01 – 2027-03-31交付
キーワード	単細胞生物 / 学習能 / 空間適応 / ゾウリムシ / 膜電位動態 / 数理モデル / 行動 / 繊毛虫 / 膜電位
研究開始時の研究の概要	医学分野では血管内や消化管内で働くマイクロロボットの開発が進められている。マイクロロボットが適切に働くためには目的とする場所に移動することが必要であるが、生体内のような複雑な環境では事前に移動経路を設定することが難しい。そこで、本研究では自然が作り出したマイクロロボットである単細胞生物ゾウリムシの行 ...
研究実績の概要	本研究は、自律行動型マイクロロボットが未知の空間形状に適応しながら移動できる空間適応行動アルゴリズムの設計を目指し、自然が作り出した自律移動型マイクロロボットである単細胞生物の空間適応行動アルゴリズムを運動方程式で表現することを目的としている。具体的には、単細胞生物ゾウリムシの空間形状への適応行動を ...
現在までの達成度 (区分)	2: おおむね順調に進展している

この課題の研究成果物	雑誌論文 (2件うち査読あり 1件、オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件うち国際学会 1件、招待講演 1件)

2. 繊毛虫・アメーバの集団的空間探査と空間活用のアルゴリズムの解明

計画研究

研究種目	学術変革領域研究(A)
審査区分	学術変革領域研究区分(Ⅳ)
研究機関	北海道大学
研究代表者	中垣俊之北海道大学, 電子科学研究所, 教授
研究期間 (年度)	2021-09-10 – 2026-03-31交付
キーワード	物理行動学 / 原生生物 / ジオラマ環境 / 数理モデリング / 原生知能
研究開始時の研究の概要	生物の知能情報処理は、単細胞生物に端を発する天与の情報処理手法として情報技術にヒントを与えてきた。原生生物には神経系がなく、細胞の運動法則がそのまま環境応答のアルゴリズムに直結している。原生生物は、いかにややこしい環境でも、局所的かつ短期的な応答を繰り返すだけのようあるが、案外上手に振る舞えることが ...
研究実績の概要	生物の成す知能情報処理は、単細胞生物に端を発する天与の情報処理手法として情報技術にヒントを与えるいわば宝の山である。真核単細胞生物、いわゆる原生生物に見られる行動知の探究は、その根源を問うものである。本研究では、ほふく性アメーバの集団交通ネットワークと遊泳性繊毛虫の集団移動に焦点を当て、どちらも空間 ...
現在までの達成度 (区分)	2: おおむね順調に進展している
研究領域	ジオラマ環境で覚醒する原生知能を定式化する細胞行動力学

この課題の研究成果物	国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (14件うち国際共著 1件、査読あり 13件、オープンアクセス 6件) 学会発表 (34件うち国際学会 11件、招待講演 9件) 図書 (1件) 備考 (3件) 学会・シンポジウム開催 (4件)

3. 自律型マイクロロボットとしての単細胞生物ゾウリムシの知的行動の創発原理の解明

研究課題

研究種目	基盤研究(C)
審査区分	小区分61040:ソフトコンピューティング関連
研究機関	琉球大学
研究代表者	國田樹琉球大学, 工学部, 准教授
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2023-03-31完了
キーワード	学習記憶能 / 繊毛虫ゾウリムシ / 膜興奮ダイナミクス / Hodgkin-Huxleyモデル / Fitz-Hugh Nagumoモデル / 膜電位 / 行動変容能 / 環境適応能 / 単細胞生物 / ゾウリムシ / 膜電位動態 / 数理モデル / 知的行動
研究開始時の研究の概要	医学分野では血管内や消化管内で働くマイクロロボットの開発が進められている。マイクロロボットには大型のロボットとは異なる「動くしくみ」が必要である。単細胞生物はマイクロスケールの一つの細胞の中にセンサ、アクチュエータ、情報処理システムなどの自律的に生きるために必要な全ての要素を持っており、自然が創り出 ...
研究成果の概要	単細胞生物の繊毛虫ゾウリムシが障害物に衝突した場合に、速度や接触角度が同じであっても複数の行動パターンを示すことが明らかになった。また、ゾウリムシが細長い管の端に何度も衝突すると、徐々に長距離を後退できるようになり、その長距離後退能が0.5~1分程度の間にわたって保持されることがわかった。これらゾウ ...

この課題の研究成果物	学会発表 (4件うち招待講演 1件)

4. 葉の力学的最適化過程における細胞平面充填の画像計測数理解析

計画研究

研究種目	新学術領域研究(研究領域提案型)
審査区分	複合領域
研究機関	熊本大学
研究代表者	桧垣匠熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授
研究期間 (年度)	2018-06-29 – 2023-03-31完了
キーワード	ジョイント構造 / 継手 / 画像解析 / 葉表皮細胞 / バイオイメージング / 継ぎ手
研究成果の概要	本研究では葉の表皮細胞が湾曲してジグソーパズルのように変形する構造的意義を探るとともに、その人工構造物への応用を検討した。その結果、ジグゾーパズル型の細胞形状は器官レベルでの局所的な成長量を緩衝することによって子葉の団扇型の形態形成に寄与する可能性が示唆された。また、細胞壁の湾曲パターンが人工構造物 ...
研究領域	植物の力学的最適化戦略に基づくサステナブル構造システムの基盤創成

この課題の研究成果物	国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (40件うち国際共著 9件、査読あり 40件、オープンアクセス 24件) 学会発表 (16件うち国際学会 5件、招待講演 13件) 備考 (6件)

5. ソフトマター物理による生体情報処理の新しいインターフェイスの提案

研究課題

研究種目	若手研究(B)
研究分野	生命・健康・医療情報学
研究機関	北海道大学
研究代表者	國田樹北海道大学, 電子科学研究所, 博士研究員
研究期間 (年度)	2013-04-01 – 2015-03-31完了
キーワード	細胞運動 / アクチン繊維 / 集団挙動 / ソフトマター物理 / レオロジー / shear banding / 真正粘菌変形体
研究成果の概要	生物の情報処理の仕組みを理解することは、基礎科学として興味深いばかりでなく、情報処理技術の発展にもつながり社会的にも意義がある。細胞運動は、細胞の外部環境の受容と内部での情報処理の結果なので、細胞の情報処理機能を調べるための良いモデルとなる。本研究では、ソフトマター物理の観点から細胞運動を捉えて、細 ...

この課題の研究成果物	雑誌論文 (1件うち査読あり 1件、オープンアクセス 1件、謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) 図書 (1件)