分散システム論に基づく化学反応系の設計方法の確立

• Project Area: Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
• Project/Area Number: 15H00821
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 山内 由紀子 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (10546518)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 分散システム / 自律移動ロボット群 / 自己組織化 / 対称性 / ランダム性 / モジュールロボット

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，分子ロボットを構成する化学反応系をプログラマブルな粒子群から成る分散システムと見なし，ミクロな立場から化学反応系の設計，解析のための理論を構築することを目指している．特に，本研究では種々の機能発現の要因である粒子群の形状形成，つまり自己組織化に着目する．本年度はこれまでに得られた自律移動ロボット群の分散協調理論をもとに，化学反応系特有の性質の分散協調への影響を検討することが目標であった．粒子群の自己組織化は自律移動ロボット群の形状形成問題とモデル化でき，形成可能な形状がロボット群がの初期配置の対称性によって決まることが分かりつつあった．本年度はロボット群の対称性の指標となる対称度という概念を導入し，3次元空間での一点集合問題，平面形成問題，パターン形成問題について成果を得た．さらに，化学反応系においても重要な役割を果たす非同期性や掌性といった性質が形状形成問題へ与える影響についての結果を得た．一連の結果は多数の国際研究集会から招待講演依頼を受け，分散協調理論の主要国際会議DISC, PODC，また自律適応的分散システムに関する国際会議SSSで採択されるなど，国際的にも高い評価を得ている．

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Ottawa University/Carleton University(Canada)
• [Journal Article] Pattern Formation by Oblivious Asynchronous Mobile Robots (2015)
  • Author(s): Nao Fujinaga, Yukiko Yamauchi, Hirotaka Ono, Shuji Kijima, and Masafumi Yamashita
  • Journal Title: SIAM Journal on Computing Volume: 44 Issue: 3 Pages: 740-785
  • DOI: 10.1137/140958682
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Distributed coordination of autonomous mobile robots and symmetry (2017)
  • Author(s): Yukiko Yamauchi
  • Organizer: Workshop on Cellular Automata, Distributed Computing, and Mobile Agents
  • Place of Presentation: 脳情報通信融合研究センター(大阪府・吹田市)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Plane Formation by Semi-synchronous Robots in the Three Dimensional Euclidean Space (2016)
  • Author(s): Taichi Uehara, Yukiko Yamauchi, Shuji Kijima, and Masafumi Yamashita
  • Organizer: The 18th International Symposium on Stabilization, Safety, and Security of Distributed Systems (SSS 2016)
  • Place of Presentation: Lyon (France)
  • Year and Date: 2016-11-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Brief Announcement: Symmetricity in 3D-space---Characterizing Formable Patterns by Synchronous Mobile Robots (2016)
  • Author(s): Yukiko Yamauchi, Taichi Uehara, and Masafumi Yamashita
  • Organizer: The 30th International Symposium on Distributed Computing (DISC 2016)
  • Place of Presentation: Paris (France)
  • Year and Date: 2016-09-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Brief Announcement: Pattern Formation Problem for Synchronous Mobile Robots in the Three Dimensional Euclidean Space (2016)
  • Author(s): Yukiko Yamauchi, Taichi Uehara, and Masafumi Yamashita
  • Organizer: The 35th ACM SIGACT-SIGOPS Symposium on Principles of Distributed Computing (PODC 2016)
  • Place of Presentation: Chicago (USA)
  • Year and Date: 2016-07-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Distributed coordination of mobile robots in 3D-space (2016)
  • Author(s): Yukiko Yamauchi
  • Organizer: Dagstuhl Seminar 16271
  • Place of Presentation: Dagstuhl (German)
  • Year and Date: 2016-07-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Pattern Formation by Oblivious Synchronous Mobile Robots in the Three Dimensional Space (2016)
  • Author(s): Yukiko Yamauchi, Taichi Uehara, and Masafumi Yamashita
  • Organizer: 冬のLAシンポジウム2015
  • Place of Presentation: 京都大学数理解析研究所（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-01-26
• [Presentation] Self-organization of Mobile Robots and Rotation Groups (2016)
  • Author(s): Yukiko Yamauchi
  • Organizer: The 8th International Workshop on Parallel and Distributed Algorithms and Applications
  • Place of Presentation: 東広島芸術文化ホール（広島県・東広島市）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Symmetry of mobile robots in 3D space (2016)
  • Author(s): Yukiko Yamauchi
  • Organizer: The 6th Workshop on Moving and Computing
  • Place of Presentation: Paris (France)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 自律モジュールロボットによる2次元格子領域の探索 (2015)
  • Author(s): 土居圭介，山内由紀子，来嶋秀治，山下雅史
  • Organizer: 日本OR学会九州支部 第6回若手OR研究交流会
  • Place of Presentation: 国民宿舎くじゃく荘（長崎県東彼杵郡）
  • Year and Date: 2015-10-31
• [Presentation] Plane Formation by Synchronous Mobile Robots in the Three Dimensional Euclidean Space (2015)
  • Author(s): Yukiko Yamauchi, Taichi Uehara, Shuji Kijima, and Masafumi Yamashita
  • Organizer: The 29th International Symposium on Distributed Computing (DISC2015)
  • Place of Presentation: 法政大学市ヶ谷キャンパス（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2015-10-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Forming a plane by semi-synchronous autonomous mobile robots (2015)
  • Author(s): Taichi Uehara , Yukiko Yamauchi, Shuji Kijima, and Masafumi Yamashita
  • Organizer: Workshop on Distributed Robotic Swarms
  • Place of Presentation: アルカディア市ヶ谷（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2015-10-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 3次元空間中におけるキラリティの無い分散ロボットの平面形成問題 (2015)
  • Author(s): 冨田祐作，山内由紀子，来嶋秀治，山下雅史
  • Organizer: 電気・情報関連学会九州支部第68回連合大会
  • Place of Presentation: 福岡大学（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2015-09-26