Design principles for robust exploration capability in unknown environments inspired by centipede antennal sensing
| Project/Area Number |
23K13349
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21040:Control and system engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
安井 浩太郎 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (70876739)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 身体性ナビゲーション / アクティブセンシング / 触角 / 状況判断能力 / 自律分散制御 / 分散・中枢融合制御 |
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| Outline of Research at the Start |
動物は，不確実かつ複雑に変化する自然環境を自在に移動することができる．この環境適応的なナビゲーション能力は，目的とする方向に自らの身体を動かして進むことができるか否かという状況判断能力の発現により実現される．本研究では，視覚に依存せず，頭部の触角の能動的なセンシングと身体運動の連動により空間を探索するムカデに着目することで，運動制御を土台とした状況判断能力の実装様式を明らかにする．本目的達成のため，行動観察実験・数理モデリング・ロボット実装実験により構成論的に解き明かすアプローチを展開する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物は，不確実かつ複雑に変化する自然環境を自在に移動することができる．この環境適応的なナビゲーション能力は，目的とする方向に自らの身体を動かして進むことができるか否かという状況判断能力の発現により実現される．本研究では，頭部の触角の能動的なセンシングと身体運動の連動により空間を探索するムカデに着目することで，自律分散的な運動制御システムを土台とした状況判断能力の実装様式を明らかにすることを目的とする．目的達成のため，行動観察実験，数理モデリング，シミュレーション・ロボット実験により構成論的に解き明かすアプローチを展開する．
初年度である本年度は，多様な環境下での行動計測実験と数理モデルの構築に取り組んだ．具体的には，1)複数の光勾配環境下におけるムカデの走暗性行動，および2）頭部の触角と身体前方部の胴体の能動的な運動による空間探索行動に関して，移動軌跡とキネマティクスのデータ収集を進めた．これら二つの行動に関する詳細な報告は，これまで十分になされておらず，新規な知見を提供できると考えている．また，数理モデリングにおいては，上記の空間探索行動に内在する運動制御について初歩的なモデルを構築した．具体的には，自律分散的な歩行運動制御と胴体および触角の能動的なセンシング運動の統合を試みた．その結果，シミュレーション実験において，ムカデが示す環境変化に応じた適応的な探索運動を定性的に再現することに成功した．
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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
当初研究計画において想定していた，ムカデの空間探索運動に加えて，走暗性行動に関する行動実験にも着手することができた．また，数理モデリングにおいては，空間探索運動を再現可能なモデルの構築に成功しており，研究は順調に進んでいると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，これまで収集した行動計測データの詳細な解析を進めるとともに，モデリングにおいては行動データが示唆する運動制御構造を反映し，より生物学的に妥当性の高い数理モデルの構築を目指す．
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
