2018 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．腕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．さらに，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した．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した．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と，実機実験による制御則の妥当性の検証を現在進めている．
また，周口神経環を部分的に切断する実験を行い，切断パターンに応じてクモヒトデの進行方向が変化することも明らかにした．現在，この実験結果を説明できる数理モデルの構築を試みている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed 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についても，すでに行動観察実験に基づいた数理モデルが構築できており，腕に多自由度を有するロボット実機の開発と制御則の実機検証も現在進行中である．さらには，周口神経環の切断による運動パターンの変化を見出すことにも成功している．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．さらに，周口神経環を切断した際の振る舞いを説明可能な数理モデルを構築して，クモヒトデがどのように状況依存的に進行方向を決めているのかについても考察したい．
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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．令和元年度は生じた使用額をクモヒトデ型ロボットの部品代に用いる予定である．
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Research Products
(4 results)
