2021 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 – 2023-03-31
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| Keywords | 固定反応閾値モデル / 個体間情報交換 / フェロモンコミュニケーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は，アリの行動モデルを役割分担決定モデルと，役割ごとの行動モデルとの組み合わせによって成り立つとし，アリの役割分担決定モデルに基づく役割分担シミュレーションシステムを構築した。この役割分担決定モデルは「固定反応閾値モデル」を適用している。
今年度は，役割分担決定のための固定反応閾値モデルを修正・変更することで，行動モデルの構成をより詳細に検討し，実時間に対応するシミュレーションシステムを構築する基礎を築いた。代表的な変更点は，アリが知り得ない情報を利用するモデルであったため，これをアリが知り得る情報に対応させた点である。アリがこのパラメータに対応する情報を得るには，アリどうしが遭遇した際に直接接触により交換しているフェロモンの情報に個体ごとに担っている役割が含まれると仮定した。このため，アリどうしが遭遇した際には，役割に関係なく直接接触によるフェロモン交換をする行動が発生するものとした。すなわち，アリの活動全般を網羅する行動モデルの構成として，役割ごとの行動モデルは，役割に依存しない基底行動と役割ごとの独自行動の組み合わせによって成り立っていると考えることができる。そして，役割分担決定モデルを修正しながら，役割分担シミュレーションシステムを変更し，ジョブ変更頻度の調整をすることで，時間スケールを考慮した役割分担シミュレーションを実施することができた。
ロボットは，直接フェロモンコミュニケーションによる情報交換のための具体的構造を検討し，基本的な設計をした。これは，小型移動ロボットのために，コンパクトにしながらも他者が近接した場合の検出ならびに相手フェロモンの計測といった２つの機能を実現するものとしている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
基本的には，期間内に発生した新型コロナウィルスによる影響を受けてしまっている。昨年度は，一部に遠隔授業期間はあったものの，かなりの期間対面授業が実施され，コロナ禍以前の活動状態に戻っていることから，遅れを取り戻すには至らなかったが，ある程度研究を進めることができた。ただし，世界的な半導体不足および機器の生産体制が整わない状況で，対象とする機器の入手が困難な状況もあった。代替の機器を探索しつつ，アリの役割分担決定モデルの修正を中心に活動をしたことで，ハードウェアに関連する活動が進められなかった反面，アリの活動モデルに関する研究を進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の進展状況を鑑みて，本研究テーマの1年間の延長を申請している。
まず，実時間シミュレーションシステムを構築する。現時点で全ての役割の行動モデルは構築できていないが，アリの役割分担決定とベースとなる共通行動モデルに基づくシミュレーションシステムを構築し，一つずつ役割ごとの行動モデルを追加していく予定である。
次に，直接フェロモンコミュニケーションを実現する小型移動ロボットの開発を一通り完了させる。分泌フェロモンを表現するフルカラーLEDと，相手の発光色を検出するカラーセンサを搭載させる。そして，これだけでロボットが相互に近接したことの検出と相手フェロモンの計測を実現する仕組みを考案し実装する。
さらにアリの移動履歴記録システムの構築および移動履歴解析をすすめる。アリに貼り付けるマーカーを，微細加工可能なレーザー加工機を利用して製作する予定である。加工対象とする材料によって刻印精度と貼り付けやすさが異なるので，これを検討する必要がある。巣は水平方向に展開し，透明アクリル板を重ねることで製作する。
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| Causes of Carryover |
研究の遅れにより，アリの行動履歴を記録するための計測システム構築，および小型移動ロボット製作ができていない。これらの研究活動を進めるため，アリの巣の材料，計測システムのための多数台のカメラおよび映像録画機器，それを固定するための器材，ロボット製作のための電子回路基板製作，回路素子，駆動メカニズム製作のための材料，などを購入する予定である。また，計測の対象となるアリを飼育するため，女王アリを含む多数のアリを購入するなどして準備する必要がある。
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