インシリコとモノをつなぐ汎用的双方向シミュレーションフレームワーク開発と実証研究

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K00410
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 浅井 義之 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (00415639)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: リアルタイムデバイス制御 / 多階層生理機能シミュレーション / システムバイオロジー / フィジオーム

Outline of Annual Research Achievements

既存技術としてこれまでに、多階層生理機能のモデルを構築するソフトウエア PhysioDesigner、モデルを記述する言語 PHML、そして、モデルをシミュレーションするソフトウエアFlintを開発してきた。本課題では、FlintとPHMLを拡張し、計算期内に閉じていたモデルシミュレーションを実世界のデバイスとリアルタイムに連動できる汎用的フレームワークを構築することを目的としている。
本年度は、昨年度の設計を元にFlintを拡張し、以下の点を実証した。１．デバイスとの相互作用を記述のInteractive Flintが正しく解釈しシミュレーションを実行できること。２．実際にセンサーとアクチュエーターを搭載したデバイスとシミュレーション中にリアルタイムに通信し、センサー情報を取り入れてシミュレーション中の内部パラメータを変動させることができること。３．シミュレーション中に時々刻々得られた数値をデバイスに送信し、デバイスのアクチュエータを駆動できること。
デバイスを制御する既存技術ではシミュレーターをデバイスに埋め込むものがほとんどである。しかし、本課題において開発しているフレームワークでは、モデルはInteractive Flint上で容易に取り替えることができるため、異なるスキームによるシミュレーションによる制御を容易に検証することができる。また、Interactive Flintが制御対象とする通信相手のデバイスも容易に取り替えることができる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度内にシミュレーション中にデバイスとリアルタイムに通信可能なソフトウェア Interactive Flint を実装し、実証実験まで遂行することができた。概ね当初計画通りであるといえる。

Strategy for Future Research Activity

今後、以下の２点に焦点を絞って開発を進める。
１．Interactive Flintを用いて倒立振子を制御する課題を例として用いて、現プロトタイプの問題の洗い出しと更新を行う。
２．並行してGUIを有するモデル作成支援ソフトウェアPhysioDesigner上で生理機能数理モデルを構築する際に、デバイスとの相互作用を含むパラメータを設定できるように、インターフェイスの拡張を行う。
これらを達成したのち、Interactive Flint を用いたより生理・生物学的な実験機器の制御への応用へと発展させる。