分子デバイスで実現可能な確率制御器のモデル化と解析設計手法の確立

• Project Area: Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
• Project/Area Number: 25104515
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 東 俊一 京都大学, 情報学研究科, 准教授 (40420400)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2013: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 制御工学 / 分子ロボティクス / 確率的制御器 / 構造的安定性

Outline of Annual Research Achievements

生体活動を司る制御器の多くが，ある種の確率要素（ゆらぎ）を積極的に活用して巧みな制御を実現していることが知られている．このような確率制御器は，分子スケールのシステムにおいて自然に現れ，分子ロボットの実現のために必要不可欠なものとなっている.
一方で，確率制御器は，「確率の影響を排除すること」を第一に考えてきた従来の制御工学の発想とは全く異なるものであり，その解析・設計には，従来の制御理論に立脚しつつ，全く新しい方法が必要とされる．本課題では，生体活動を司る制御器が生化学反応回路によって実現されていることに着目して，生化学反応回路で実現できる確率制御器のモデル化を行ない，その解析・設計手法を確立することを目指している．

最終年度である26年度は，化学反応ネットワークの構成要素が確率的に振舞う場合でも，システムのアトラクタが不変となるようなネットワーク構造の解析を行い，構造的に単安定，双安定，振動的となる種々の条件を導出した．これによって，目標の解析・設計手法を確立することができた．

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Relationship between Network Structure and Variety of Dynamics of Boolean Networks (2015)
  • Author(s): 吉田卓弘，東俊一，杉江俊治
  • Journal Title: Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers Volume: 51 Issue: 3 Pages: 155-161
  • DOI: 10.9746/sicetr.51.155
  • NAID: 130004855738
  • ISSN: 0453-4654, 1883-8189
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ブーリアンネットワークの構造的振動条件 (2015)
  • Author(s): 吉田卓弘
  • Organizer: 第2回制御部門マルチシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京電機大学（東京都足立区）
  • Year and Date: 2015-03-06
• [Presentation] 走化性を司る制御器の同定 (2015)
  • Author(s): 大仲智也
  • Organizer: 第2回制御部門マルチシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京電機大学（東京都足立区）
  • Year and Date: 2015-03-06
• [Presentation] Structural Monostability of Activation-Inhibition Boolean Networks (2014)
  • Author(s): Takahiro Yoshida
  • Organizer: 53rd IEEE Conference on Decision and Control
  • Place of Presentation: Los Angeles,USA
  • Year and Date: 2014-12-15
• [Presentation] 大腸菌の走化性制御器による被覆制御：実機実験による検証 (2014)
  • Author(s): 泉晋作
  • Organizer: 第57回自動制御連合講演会
  • Place of Presentation: ホテル天坊（群馬県渋川市）
  • Year and Date: 2014-11-12
• [Presentation] 遺伝子ネットワークのネットワーク構造とダイナミクス多様性 (2014)
  • Author(s): 吉田卓弘
  • Organizer: 第6回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • Place of Presentation: くにびきメッセ（島根県松江市）
  • Year and Date: 2014-10-21
• [Presentation] Coverage Control Inspired by Bacterial Chemotaxis (2014)
  • Author(s): Shinsaku Izumi
  • Organizer: Workshop on Self-organization in Swarm of Robots: from Molecular Robots to Mobile Agents
  • Place of Presentation: 東大寺総合文化センター（奈良県奈良市）
  • Year and Date: 2014-10-06
• [Presentation] Which has a better chemotaxis controller, E. coli or Paramecium? (2014)
  • Author(s): Shun-ichi Azuma
  • Organizer: Joint Annual Meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology and the Society for Mathematical Biology
  • Place of Presentation: 大阪府立国際会議場（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2014-08-01
• [Presentation] Stability Analysis of Boolean Networks with Partial Information (2014)
  • Author(s): Takahiro Yoshida
  • Organizer: 21st International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems
  • Place of Presentation: Groningen,Netherlands
  • Year and Date: 2014-07-10
• [Presentation] 遺伝子ネットワークの構造的単安定性：8の字ネットワークの場合 (2014)
  • Author(s): 吉田 卓弘
  • Organizer: 第1回制御部門マルチシンポジウム
  • Place of Presentation: 電気通信大学
• [Presentation] Performance Analysis of Chemotaxis Controllers (2013)
  • Author(s): S. Azuma
  • Organizer: 52nd IEEE Conference on Decision and Control
  • Place of Presentation: Firenze Fiera Congress and Exhibition Center