2017 Fiscal Year Annual Research Report
マルチテレストリアルロコモーションから解き明かす生物の多様な振る舞いの発現機序
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16H02351
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石黒 章夫 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (90232280)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青沼 仁志 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (20333643)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | マルチテレストリアルロコモーション / 自律分散制御 / ムカデ / 振る舞いの多様性と適応性 / 脚式ロコモーションと非脚式ロコモーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度において得た成果を以下に具体的に示す：
(1) ムカデの脚間協調メカニズムの数理モデル化
前年度に引き続き，ムカデが示す脚間協調メカニズムの数理モデリングを試みた．脚間協調メカニズムの数理モデリングの際にこれまで大きな障害となっていたのが，ムカデが種によって脚運動の疎密波を流す向きが異なるということであった．この問題に対して，本年度に大きなブレークスルーがあった．それは，セスジアカムカデという種に着目したアプローチを採用したことである．セスジアカムカデは，状況に応じて疎密波の向きを逆転することができる．したがって，セスジアカムカデには，ムカデの脚間協調メカニズムのエッセンスが凝縮されているはずである．そこで本年度はまず，この遷移現象に着目し，ハイスピードカメラ等を活用して詳細な行動観察データを収集した．そして，そのデータに基づいて，レトログレードウェーブもダイレクトウェーブも発現しうる脚間協調メカニズムの数理モデルを構築した．これは本研究課題の大きな成果の一つとなることが期待される．
(2)身体運動と脚運動の連関を可能とする自律分散制御則の考察
ムカデは，高速走行時には身体の屈曲運動と脚運動をうまく連関させている．本年度は，この身体・脚間の連関についての数理モデリングを試みた．その結果，身体から脚へのセンサフィードバック則と，脚から身体へのセンサフィードバック則について，新奇な数理モデルを構築することができた．次年度では，この妥当性の検証を行う．
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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
理由は二つある．第一に，レトログレードウェーブもダイレクトウェーブも発現するセスジアカムカデという種に着目するというユニークなアプローチを採用することで，ムカデの脚間協調メカニズムの数理モデルの構築が大きく進展したことである．この数理モデルは，レトログレードウェーブとダイレクトウェーブの両者をシンプルな数式から生成することができ，多脚ロコモーションの生成メカニズムを説明しうるモデルの決定打（一般解）となることが期待できる．第二は，身体運動と脚運動の連関方法に関する数理モデルで発展があったことである．本数理モデルは，脚運動と身体の屈曲運動がコンフリクトしないで互いに助け合って高速ロコモーションを実現する制御メカニズムの解明につながると期待される．
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| Strategy for Future Research Activity |
第一に，本年度に構築した脚間協調メカニズムの数理モデルの妥当性を，引き続きシミュレーションで検証するとともに，ムカデロボット実機を構築し実験的に検証することも試みる．
第二に，脚間協調と身体の屈曲運動の間でコンフリクトしないで連関可能な自律分散制御則についてさらなる考察を行う．脚間協調と身体運動の連関（body-limb coordination）は本研究課題の核心であり，次年度も引き続きこの数理モデリングに関する考察を重点的に行う予定である．
第三に，引き続き行動観察実験を行うことである．身体と脚の自由度統御メカニズムは種が違っても共通であることが期待されるため，ヤスデやゲジ，ゴカイなどの動物を用いた行動観察実験も行いたい．これらの行動観察実験を通して，理解のさらなる深化を目指す．
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