2017 Fiscal Year Research-status Report
A Theoretical Model for Autonomous Mobile Robots based on CPS and Limitations of its Computation
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17K00019
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
和田 幸一 法政大学, 理工学部, 教授 (90167198)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
DEFAGO Xavier 東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (70333557)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 自律分散ロボット / 無記憶 / 匿名性 / 非同期 / 集合問題 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの自律分散ロボット群の理論モデルでは一般には不可能であったロボットが2台の集合問題（ランデブー）をロボットにライト(状態）を搭載することによって，ランデブーを可能にできることを示した．特に，ライトが自身と他のロボットがともに認識できる場合（full-light)，他のロボットのみが認識できる場合(external-light)に対して，ライトの色数最小のランデブーアルゴリズムを開発した．また，ロボットの動作仮定に関して，移動位置まで必ず到達する場合(rigid)，必ずしも移動位置まで到達しない場合(non-rigid)を考慮している．non-rigidの場合は全く移動しないと問題が解けなくなるため，最小移動距離(δ>0)は移動するものと仮定している．このδの値をロボットが知っている場合(non-rigid+δ)も考察している．具体的に得られた成果は以下の通りである．
(1) ロボットが非同期に動作する(ASYNC)とき，ランデブーはnon-rigid+δを仮定した場合，2色のfull-lightで解ける．非同期を少し制限したモデル(LC-atomic ASUNC)の場合，ランデブーはnon-rigidの下で2色のfull-lightで解ける．
(2) アルゴリズムの動作をライトの状態だけで決定するアルゴリズムをL-アルゴリズムと呼ぶ．L-アルゴリズムを用いた場合は，ASYNCにおいては任意の色数を持つexternal-lightを用いてもランデブーは解けないことが示されていた．ここでは，LC-atomic ASYNCにおいては，external-lightにおける色数最適なL-アルゴリズムが構成できることを示した．
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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
自律分散ロボット群の理論モデルの構築のためのCPSの分析に関しては，(a) ペタスケールを含む巨大規模，(b) 構成エレメントや環境の空間的， 及び，時間的多様性，(c) CPS 内部または外部環境に内在するダイナミクス，(d) 構成要素の動作や入力の不確実さを取り上げ，これらを反映できるよう，分散計算としての枠組みの検討を行っている．特に，自己安定性と自律適応性はこのモデル構築に関して，最重点項目であるので，動的に変化する環境の下での自律的な秩序形成・機能発現のための進化・適応能力を有するシステム・現象(創発システム，創発現象）に関して十分な検討を行ってきた．それらの解明の糸口の一つを今年度は明らかにした．ロボットがロボットの状態のみで動作を決定するL-アルゴリズムはロボットが持つ座標系がいつも正しいとは限らない場合にも正しく動作できる重要なアルゴリズムである．しかしながら，ロボットが持つライトがexternal-lightの場合，非同期な状況(ASYNC)では色数をいくら用いても，2台のロボットの集合問題（ランデブー）さえ解けないことが分かっている．我々は，非同期を少しだけ条件を付けた場合(LC-atomic ASYNC)，external-lightを持つロボットのランデブー問題が自己安定に動作する場合としない場合において必要な色数が異なること，また，その色数が最適であることを示した．
これらの結果はCPSを取り入れた新しい自律分散ロボット群のモデル化に有用であると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
CPSを取り入れた自律分散ロボット群の理論モデル化をするにあたり，さらに検討を加える．特に，これまで解明されている創発現象や創発システムをCPS とみなした時，CPSにとって本質であるものはなにかを明らかにする．また，CPSにおいては，動作する物理環境に依存してソフトウエアだけなく，ハードウエア，オペレータや利用者ともインターフェースをもつため，CPSのシステム境界をどのように定めるかによって，問題設定がかわるため， これらも意識しながら，分析をしなければならない．引き続き自律分散ロボット群に対する理論モデルの構築を意識しながら，CPSを分析するために必要な調査と考察，従来の分散モデルをCPSとしてとらえたときの問題点の解明を重点的に行う．
また，平成29年度に得られたライトを搭載したロボットに対するアルゴリズムをさらに推し進め，集合問題だけではなく様々な問題に対するアルゴリズムの開発を行うが，CPSを取り入れたモデル化に有用な結果をめざす．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由：予定していた国際会議への参加を見送ったことによる．
使用計画：平成30年度に在外研究により，スイスチューリッヒETH(2018.4.1-2019.1.31)とフランスパリLip6(2019.2.1-2019.3.31)に滞在するため，研究分担者等との日本での研究打ち合わせ，日本で開催される国際会議などの新たな渡航費用等を平成29年度生じた次年度使用額を当てる．
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