Evolutional IoT/Robot system development methodology and platform in DX Era
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21K11835
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60050:Software-related
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
渡辺 晴美 東海大学, 情報通信学部, 教授 (40333190)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 未来子 東海大学, 情報通信学部, 准教授 (20626030)
大川 猛 東海大学, 情報通信学部, 准教授 (80392596)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | コンテキスト指向プログラミング / DX / IoT / モデル駆動開発 / Model-Driven Development / COP / Object-Oriented Paradigm |
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| Outline of Research at the Start |
DX時代の進化型IoTロボット開発・運用では、環境適用や多様なサービスの適用にAIが導入されることで、実行時横断的関心事と呼ぶ問題が深刻化する。この問題が本研究の学術的「問い」である。その解決に向けて、コンテキスト指向プログラミング(COP)を核に、研究の目的に記した3つの課題に取り組む。独自性はCOPのレイヤとその協調機構をFPGAとの高位合成と関連付け、COP用に拡張したUMLモデルから高位合成可能にする点である。本研究では、この協調機構を取り入れたプラットフォームとしてモデル駆動開発・シミュレーションを実現し、IoTロボットの多様なサービス構築支援を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
DX時代の進化型IoTロボットでは、実行時横断的関心事と呼ぶ問題が深刻化することが予測される。これらのロボットにはAIが導入され、環境適用や多彩なサー ビスを最適に提供することが望まれているが、このようなロボットは、開発時に行動を決定することはできず、実行時の振る舞い変更が、システム全体に及ぶ横 断的関心事となるためである。この問題に対し、コンテキスト指向プログラミング(COP)という技術を核に、ハードウェア・ソフトウェア協調のプラットフォー ムを提案し、進化型IoTロボットに適用し評価することが目的である。
2年目の主要な目標として、「複数台ロボット」への適用、3年目の主要な目標として、「クラウド」を設定していた。2年目の目標の複数台ロボットに対応するためにROS2を取り入れた開発環境を利用し、Behavior Tree と呼ばれるモデルを実行時に書き換える研究を実施した。Behavior Treeは、ゲーム開発用に開発され、ロボット開発に適用されているモデリング技術であり、実用性に期待できる。また、3年目の目標を先取りし、リアクティブ化を行うために、プログラミング言語ReactにRxJSを取り入れた環境にCOPの概念を取り入れたReactCOPを提案し実現した。また、適用事例として、2021年度から開発している心拍に応じて瞳が変化するコミュニケーションロボットへの適用を行った。さらに、適用例を広げるために、デザイン思考を取り入れたワークショップを実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
進捗状況は以下の通りであり、申請時の目標を達成し、特に、RactCOPを実装し国際会議で発表できたことから、「当初の計画以上に進展している」とした。
(1) プラットフォーム: 近年、組込みシステムにおいても、汎用タブレットを利用することが多いことから、Web開発用のプログラミング言語であるReactをCOP化し、ReactCOPを実現し、国際会議で発表した。また、以下の(2)と関連し、複数台対応のためのROS2についても取り組んでいる。
(2) モデル駆動開発：申請時はUMLを発展させることを計画していたが、ゲーム開発やロボット開発に取り入れられているBehavior Treeの実行時書き換えに取り組み、その成果を国内研究会で発表した。
(3) 多様なサービス：2021年度から取り組んでいるコミュニケーションロボットに適応した。コミュニケーションロボットは、ロボットを利用する人間の心拍に応じてロボットの瞳孔を変化させることができるロボットである。また、多様なサービスを創出するために、デザイン思考を取り入れたグループワークを導入した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、申請時の計画に従い、以下の内容について取り組む予定である。
(1) ハードウェアとの協調機構: 2022年度に実施したリアクティブ化において、変数のスコープの扱いなどの難しさを発見することができた。これらについて扱っていく予定である。
(2) モデル駆動開発・シミュレーション: 2021年度まではUMLを中心としていたが、2022年度はBehavior Treeを取り入れることができた。さらに他のモデルなどを調査し、これらのモデルの融合や機能追加を実施し、より実践的な方法を模索する。
(3) 多彩なサービス:予定通り、ロボットの動作をクラウド上に記録し、データをもとにロボットが動作することを目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
