Construction of Ant-Colony Algorithm based on Complex Network Analysis

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04318
• Research Institution: Anan National College of Technology
• 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三宅 修平 東京農業大学, 情報教育センター, 客員教授 (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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

令和3年度までに，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したが，この行動モデル構築やシミュレーションについては進展させることができなかった。一方で，アリの行動を記録するシステムの構築を進めることができた。種々のアリの生態に関する情報を収集し，巣内部でのアリの行動を記録するのに適した巣の構造を考案し，設計・製作した。また，アリに貼り付ける1[mm]×1[mm]サイズマーカの製作とそれをカメラで検出できることも確認した。また，作業中にアリを逃がさないように簡易グローブボックスも設計・製作している。
なお，実際に女王アリを含むアリを入手し，製作した巣で飼育しているが，現時点では働きアリが2匹と少ないため実験を進める前にアリを増やす必要がある。
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構造を考案していたが，これを実際に試作し計測系としての確認実験を実施した。この計測系は，分泌するフェロモンをフルカラーLEDの色で，その色をカラーセンサで計測することで他のロボットが分泌しているフェロモン情報を得ようというものである。この実験の結果，設計した構造では発光部とセンサの相対的な位置により検出値が大きく変化してしまうことがわかった。これについては，今後改良することとしている。

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，遅れを生じてしまっており，その後も遅れを回復するに至っていないのが現状である。
令和3年度は，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。これを受けて令和4年度は，主にアリの巣の設計・製作やロボットによる直接フェロモンコミュニケーションに対応する機能の検討など，行動モデル構築以外の研究を進めた。
役割分担決定モデルによる役割分担シミュレーション，採餌活動における行動モデルによるシミュレーションにより，アリの活動全般をカバーするモデルの構造は考案できているが，実装には至っていない。アリの巣内部での行動を記録分析するシステムについては記録に適した巣の設計・製作，極小マーカーを検出・記録するソフトウェア，さらに実際にアリを飼育するといったところまでできているが，アリのコロニーサイズが小さいため実際にアリの行動を記録・分析するには至っていない。小型移動ロボットに直接フェロモンコミュニケーションに対応する機能を搭載する取り組みでは，フェロモンに対応するLED発光とそれに対応する色の計測方法について考案し試作，確認実験を実施した。現時点では，計測値が発光部と受光部の位置関係による影響を大きく受けてしまうという課題があるが，改良することで対応可能と考えている。

Strategy for Future Research Activity

研究の進展状況を鑑みて，本研究テーマの更なる延長を申請している。本テーマの最終年度として，アリの行動記録と分析，行動モデルとシミュレーションシステム構築，ロボットシステムの開発，を完了させるように取り組む。期間延長が無ければ，アリの飼育やロボットハードウェアに取り組むことができなかっただろうと考えている。
まず，飼育しているアリのコロニーをもう少し大きくする，すなわち働きアリの数を多くする。その間，アリの行動を記録する実験システムを構築する。既に記録に適したアリの巣は製作できており，小さなマーカーの製作やそのマーカーを検出できることも確認していることから，まず多数台のカメラを用いて巣全体の状況を記録するシステムを構築する。
考案しているアリの行動モデル構造に基づく実時間シミュレーションシステムの構築をすすめる。なお，コロニー全体の活動をカバーするため，食料，アリの卵や蛹，といったオブジェクトについてもシミュレーションシステムに組み込み，3D表示する方針である。
次に，直接フェロモンコミュニケーションを実現する機能部分を改良し，小型移動ロボットに搭載させる。当初は既に開発している小型移動ロボットの機能を追加するとしていたが，プロセッサを新しくすることを含め，ロボットシステムを再設計・製作する方針である。

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が行動記録に適したアリの巣の設計製作にとどまっている。今後はさらに交換・予備用の巣，複数台のカメラおよび架台を設計・製作する必要があり，そのための費用を要する。また，小型移動ロボットの電子回路基板としてプリント基板を設計・製作するする必要がある。実際の製作にあたっては，プリント基板以外にも電子部品の購入，機構部品の3Dプリント製作用樹脂などの購入が必要となる。