2019 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 – 2021-03-31
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| Keywords | 自律分散ロボット / 同期度 / 集合問題 / ライト / 自己安定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CPSを考慮に入れた自律分散ロボット群に理論モデル構築とその上でのロボット群の計算能力に関して以下の成果を得た．
（1）CPSを意識した新しい自律分散ロボット群のモデル化とその上でのロボットに対するオンライン経路探索アルゴリズムを開発した．（2）従来のLCMロボットモデルにおける集合問題の可解性を耐故障性の観点から明らかにした．（3）従来のLCMロボットモデルにおけるスケジューラに対する自己安定化を考慮した効率的な実現手法を与えた．また，ビザンチン故障を許したロボット群に対する自己安定アルゴリズム手法を開発した．（4）ライト付きロボット群に対する計算能力を明らかにした．特に，ロボットの持つメモリとロボット間の直接通信の能力に焦点をあて，ロボットの同期度との関係を解明した．また，モデルチェッキングを利用したライト付きロボットアルゴリズムの検証法を開発した．（5）リングネットワークにおける制限視野をもつライト付きロボット群の集合問題に対する色数最適なアルゴリズムを与えた．このアルゴリズムはロボットの動作が完全な非同期でも動作する．
いずれの結果もCPSを考慮した新しい自律分散ロボット群のモデル化とそのモデル化のもとでの計算能力に対する限界の解明に寄与するものである．
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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
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，これらを反映した分散計算としての枠組みの検討を行った．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・適応能力を有するモデル化を行い，そのモデルのもとでのロボットに対する経路探索アルゴリズムを与えた．また，ロボット群に対する計算能力の限界に関しては，自己安定性や自律適応性の観点から様々な結果を導いた．
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とその計算能力を明らかにするうえで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に関しては，完全解を得るまでには至らなかったが，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ことができた．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， これらも意識したモデル化は可能となった．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を利用した自律分散ロボット群のモデル化を解明する必要がある．
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスのため，年度内に使用できなくなったため．2020年度内にできるだけ早く国内出張に使用予定である．
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