2020 Fiscal Year Research-status Report
Construction of Ant-Colony Algorithm based on Complex Network Analysis
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19K04318
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| Research Institution | Anan National College of Technology |
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Principal Investigator |
福田 耕治 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 教授 (40208955)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三宅 修平 東京情報大学, 総合情報学部, 教授 (00200139)
杉野 隆三郎 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 教授 (10259822)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 固定反応閾値モデル / マルチマーカー検出 / 直接接触によるフェロモンコミュニケーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アリの活動全般を網羅する行動モデルとして，アリが担う役割を決定するための行動モデルと，選択された役割ごとの行動モデル，がダイナミックに切り替えられると考えられ，これを一つの仮説としてモデル化することとした。そして，考察の結果，アリが担う役割を決定するための行動とは，アリの直接接触による相互フェロモンコミュニケーションであるとした。この行動は，アリが担っている役割に関係なく他個体と接触することで発現すると考えている。ただし，必ず発現するとは考えにくく，発現に関する何らかの基準・ルールが存在している可能性が高いと予想している。
役割決定は，既に他の研究者によって提唱されている「固定反応閾値モデル」を適用することとし，これに基づく役割分担シミュレーションプログラムを作成した。このプログラムをいくつかの条件下で実行した結果，役割ごとに設定した閾値に応じて，対応する役割の平均個体数比が定まることを確認した。また，途中で役割の閾値を変化させると，それに応じて役割を担う個体数比が変化することも確認した。さらに，閾値によっては役割を持たない，いわゆる「さぼる」個体が発生し，閾値のよってその割合も変化することが確認できた。これらの結果は，学会において発表・報告する予定である。
実際のアリの行動を観測・分析する取り組みは，マルチマーカー検出による多数個体検出プログラムを作成した。ただし，カメラ性能のため，現時点では一辺2.5[mm]の正方形マーカーの検出が限界であった。これにより，カメラを再選定する必要があることが分かった。
本研究室で開発した小型移動ロボットに，直接接触によるフェロモンコミュニケーションの機能を追加するための基本的なハードウェア構成・回路設計を行い，動作確認をした。ただし，現時点では搭載可能なほど小型にするには至っていない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウィルスの影響により，本校の授業も半年間完全に遠隔授業となった。これにより，担当科目の遠隔授業用データの作成・科目ごとの連絡管理等の時間を要し，研究活動の時間が圧迫されたことは否定できない。後期になり，対面授業が中心になった後でも，遠隔授業に対応する必要が全くなくなったわけではなく，さらに実習授業の補習といった対応にも迫られた。
研究としては，役割分担決定を「固定反応閾値モデル」に基づくものとして，シミュレーションプログラムを作成し，その動作を確認した。その結果，役割を持たない個体の発生や，閾値の変化による役割ごとの個体数の変動など，アリのコロニーに見られるような挙動を確認することができた。しかし，この役割分担決定のためのモデルによって決定された役割ごとの行動モデルとアリの直接接触によるフェロモンコミュニケーションとを結びつけることができずにいた。アリは直接接触によって，形式的にどのような情報を交換しているのかを検討するのに時間を要してしまったのが，研究が遅れた主な要因と考えている。しかし，考察を重ねることで，アリは直接接触によって，少なくとも接触相手が担っている役割に対応する情報を得ていると推察される，という一つの結論に至った。ただし，この情報だけを交換しているとは考え難く，卵や幼虫の検出，敵の判別などに利用可能な情報を獲得していると予想される。以上のように，アリの活動全般を網羅する行動モデルの基本的構造を定め，そこに役割分担決定のための行動を結びつけたことで，アリの活動全般を網羅する行動モデルを具体化する基礎を築くことができたことから，今後は具体的な行動モデル構築に向けた研究は進展するものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
固定反応閾値モデルにおけるストレスレベルは，全個体数に対する役割ごとの個体数の割合により変化する。この値はコロニー全体の情報であり，本来であれば個々のアリが知りえる情報ではない。これに対応する値は，他個体と接触し，その個体が担っている役割を獲得することを繰り返すことで，統計的に先の情報に近い値を得ることができると考えられる。これを確認するため，シミュレーションプログラムを変更し，その挙動を確認する予定である。
アリの活動全般を網羅する行動モデルとして提案した構造では，担う役割を決定するための行動と担っている役割に対応した行動とがダイナミックに発現するというものであり，今後はそれぞれの行動をモデル化し，固定反応閾値モデルに基づく役割決定の仕組みと組み合わせ，全体モデルを具体化するとともにシミュレーションシステムを構築する必要がある。
アリの行動計測・分析については，まず計測する必要があるため，マルチマーカー検出を実現した。しかし，適切なサイズのマーカーを検出するに至らなかったため，ズーム機能のあるカメラを準備してマルチマーカートラッキングを実現する。
小型移動ロボットについては，直接接触によるフェロモンコミュニケーションに相当する情報交換機能を付加する回路の動作を確認した。ただし，移動ロボットのサイズを大きくしないためには，部品や回路を工夫する必要がある。これには相応の時間を要すると考えられることから，まずは既存のロボットに搭載できるようにすることを優先して実装することを目指す。
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| Causes of Carryover |
アリの行動軌跡を計測するため，通常のUSBカメラを購入し，利用した。しかし，光学的ズーム機能を有するカメラが4台から6台程度必要であることが分かった。これを購入する必要がある。また，研究の遅れによって，ロボットに直接接触によるフェロモンコミュニケーション機能を付加するための回路製作のための費用，実験システムのためのフレーム購入費用などが，まだ必要な段階である。
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