Development of X-logbot and Elucidation of Behavior Diagram using Sparse Modeling
| Project Area | Hierarchical Bio-Navigation Integrating Cyber-Physical Space |
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| Project/Area Number |
21H05298
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (IV)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
橋本 浩一 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (80228410)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安藤 恵子 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (40221741)
鏡 慎吾 東北大学, 未踏スケールデータアナリティクスセンター, 教授 (90361542)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥127,790,000 (Direct Cost: ¥98,300,000、Indirect Cost: ¥29,490,000)
Fiscal Year 2024: ¥24,700,000 (Direct Cost: ¥19,000,000、Indirect Cost: ¥5,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥25,220,000 (Direct Cost: ¥19,400,000、Indirect Cost: ¥5,820,000)
Fiscal Year 2022: ¥24,310,000 (Direct Cost: ¥18,700,000、Indirect Cost: ¥5,610,000)
Fiscal Year 2021: ¥33,150,000 (Direct Cost: ¥25,500,000、Indirect Cost: ¥7,650,000)
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| Keywords | 行動ダイアグラム / 行動計測 / 行動実験 / 階層的ナビゲーション / χログボット / スパースモデリング / 制御工学 / 計測工学 / 神経科学 |
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| Outline of Research at the Start |
階層ナビゲーションを解明するために、(1) 先端的計測・介入手法の開発、(2) 行動ダイアグラムの推定手法とその計算手法、(3) 行動実験による行動ダイアグラムの検証、を行う。ロボット制御、コンピュータビジョン、三次元計測、拡張現実感において有している実績を活用し、装着型ならびに環境型χログボットに組み込むための計測・介入手法を開発する。行動ダイアグラムの入出力関係のスパースモデリングを行い、行動に関与する要因をできるだけ少ない数で表現する。老化遺伝子に対する光遺伝学等を用いた介入や口腔細菌などの病原菌による化学的介入で線虫の行動とインタラクション変化を計測し、行動ダイアグラムの検証を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本領域では、ナビゲーションおよびインタラクションを計測、分析、介入方策を立て、介入する。本計画研究では、能動的AI を用いた計測・介入を行うことのできる介入装置付きχログボットを開発し、環境との相互作用や他個体とのインタラクションを推定する。リアルタイムに介入方策を立て、興味深い瞬間にフィードバック介入する。収集したデータを元にシームレスCPSにより階層ナビ理解のための行動ダイアグラム解析手法を開発する。領域内のサイバーグループとフィジカルグループを有機的に結合する手法を開発することで新たな機能解析研究を創造する。
とくに、本研究課題では、階層ナビゲーションの構造を解明するために、
1. 先端的計測・介入手法の開発（多様なフィールド特性に強いセンサ・アクチュエータ）
2. 行動ダイアグラムの推定手法とその計算手法（スパースな因果関係・高速計算）
3. 行動実験による行動ダイアグラムの検証（シンプルな系での実験検証）
を行う。1.においてはロボット制御、コンピュータビジョン、三次元計測、拡張現実感において有している実績を活用し、装着型ならびに環境型χログボットに組み込むための計測・介入手法を開発する。A01各班と協力して多様な現場でロバストに機能するχログボットを製作する。2.においては、行動ダイアグラムの入出力関係をグラフ化し、スパースモデリングを行うことにより、実際の行動に関与する要因をできるだけ少ない数に絞り込み、シミュレーションと推定のサイクルタイムを短縮するための研究を行う。3.においては老化遺伝子に対する光遺伝学等を用いた介入や口腔細菌などの病原菌による化学的介入で線虫の行動とインタラクション変化を計測し、行動ダイアグラムの検証を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
多様なフィールド特性に強いセンサ・アクチュエータを統合したχログボットの開発は順調に進んでおり、試作品を作成し、フィールド実験に使用している。行動ダイアグラム推定については、ヒトの行動推定に取り組んでおり、深層学習を用いた手法を開発している。線虫を用いた行動ダイアグラムの検証は着実に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 多様な感覚への介入を可能とし、個体間相互作用が計測できるχログボットを開発する。特に、環境型χログボットには三次元計測、高速カメラ、低遅延プロジェクタ等を導入し、従来の生態学ならびにインタラクション研究では不可能だった新しいセンシング原理および介入手法を開拓する。実時間の計測・介入はロボティクスの基盤技術である。
(2) 行動ダイアグラムを少数の因子で説明することがシームレスCPSを可能にする。行動ダイアグラム推定をスパース最適化問題として定式化する。さらに、各計画班・公募班における検証を通じてその評価とアップデートを行う。これには、量子アニーリング計算が有効であると考えており、FPGAシミュレータを導入して高速計算手法を開発する。
(3) 行動ダイアグラムをシンプルな系において詳細に検証するため、線虫を用いた神経行動解析を実施する。具体的には麻酔剤による化学的介入や口腔細菌などの病原菌による生物学的介入でインタラクションの変容を解析する。
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Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
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[Journal Article] Vision-Based Finger Tapping Detection Without Fingertip Observation2021
Author(s)
Narita Shotaro、Graduate School of Information Sciences, Tohoku University 6-6-01 Aramaki Aza Aoba, Aoba-ku, Sendai 980-8579, Japan、Kagami Shingo、Hashimoto Koichi
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Journal Title
Journal of Robotics and Mechatronics
Volume: 33
Issue: 3
Pages: 484-493
DOI
NAID
ISSN
0915-3942, 1883-8049
Year and Date
2021-06-20
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Peer Reviewed / Open Access
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