2017 Fiscal Year Research-status Report
自切する生物から切り拓くスーパーレジリアントなシステムの設計論
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16KT0099
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
加納 剛史 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (80513069)
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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) |
2016-07-19 – 2020-03-31
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| Keywords | 自律分散制御 / クモヒトデ / レジリエンス / ロボット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在の人工物は，設計時に想定した稼働環境や使用目的に極度に最適化されており，故障や環境変化に対する適応が著しく困難である．この問題解決のため，本研究ではクモヒトデに着目する．クモヒトデは盤と5本の腕からなる棘皮動物であり，外敵に襲われると腕を自ら切断して，残存腕が何本であろうとも非構造的な実世界環境下を自在に逃げ回ることができる．すなわち，クモヒトデには「故障（身体一部の欠損）を許容する，従来の人工物とは本質的に異なる設計原理」が内在している．
本研究では，生物実験，数理モデリング，ロボット実機実験を組み合わせた学際的なアプローチにより，クモヒトデのロコモーションに内在する制御原理の解明を目指した．これまでの経過において，腕を短く切断した個体について行動観察実験を行った．周口神経環の切断時の振る舞いや腕に圧刺激を与えた際の応答などの知見をもとに，自律分散制御に基づく腕間協調の数理モデルを構築し，それを開発したクモヒトデ型ロボットに実装して，行動観察実験を再現することに成功した．
30年度以降は，腕を短く切断していない個体について行動観察実験を行い，腕内自由度をいかに協調させているかを観察する．それをもとにこれまでに構築した数理モデルを拡張し，腕間協調と腕内協調が連関した自律分散制御則を提案する．さらに，腕に多自由度を有するクモヒトデ型ロボット実機の開発を進め，実機実験にて実際の生物の振る舞いを再現できるかを検証する．
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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
これまでの経過において，腕を短く切断した個体の腕間協調メカニズムに関する数理モデルを提案し，ロボット実機実験にて実際の生物の振る舞いを再現することができた．腕が長い個体の腕内協調メカニズムはいまだ不明であるものの，腕間協調メカニズムについては生物実験・数理モデリング・ロボット実機実験がすべて完了しており，それゆえ本研究は順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
腕を短く切断していない個体について行動観察実験を行い，腕内自由度をどのように協調させているかを明らかにする．その知見をもとに，これまでに構築した数理モデルを拡張し，腕間協調と腕内協調が連関した自律分散制御則を提案する．さらに，腕に多自由度を有するクモヒトデ型ロボット実機の開発を進め，実機実験にて実際の生物の振る舞いを再現できるかを検証する．
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| Causes of Carryover |
当初予定よりもロボット実機部品代が少なく済んでいるため，次年度使用額が生じた．平成30年度は多自由度を有するクモヒトデ型ロボットの製作を行うため，部品代が多くかかると予想される．したがって，次年度使用額と平成30年度に請求した助成金は，主に多自由度クモヒトデ型ロボット部品代に用いる予定である．
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