2021 Fiscal Year Research-status Report
Super mode-rich locomotion: how animals navigate unpredictable environments
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21K14177
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
安井 浩太郎 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (70876739)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 適応的運動知能 / 分散・中枢融合制御 / 自律性 / ロボット / ムカデ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物は，無限定な環境変化に対して，きわめて多様な運動戦略を自律的に生み出すことで，タフに動き続ける運動知能を有する．この自律的な状況判断にもとづく多様な振る舞いの発現原理を理解するためには，脳などが担う上位の中枢制御が，どのように下位の自律分散制御系と相互に連関し合理的な運動戦略を生み出しているのかを捉える必要がある．本研究では，比較的原初的な神経系しか持たないにも関わらず超多様に振る舞うムカデをモデル生物として，そのロコモーションに内在する分散・中枢融合制御の本質を，行動観察実験・数理モデリング・ロボット実験により構成論的に解き明かすことを目的とした．
以下，本年度の主な研究成果について報告する．本年度は，まず，行動観察実験により振る舞いに関するデータを収集し，そこで得られた知見をもとにムカデの運動制御則の数理モデル化に取り組んだ．具体的には，まず下位の自律分散的な歩行運動制御の環境適応能力を調べるために，歩行中に足場環境が変化する状況での振る舞いを観察した．その結果，ムカデは，柔軟な身体と環境の相互作用により得られた，脚と腹部の接地感覚を活用することで，限られた足場を効果的に使う歩容を適応的に生み出すことが明らかとなった．そこで，本知見に基づき，脚と腹部の接地感覚フィードバックを導入した歩行制御則を構築した．提案制御則によりシミュレーション実験を行った結果，ムカデの不整地歩行の特徴を概ね再現することに成功するとともに，移動パフォーマンスも優れていることを示すことができた．本研究成果は，動物規範型多脚ロボットの不整地環境踏破能力の向上に資すると期待される．
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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
本年度の研究計画は，行動観察実験からムカデの環境適応的な振る舞いに内在する分散・中枢融合制御則を見出し，その数理モデル化に着手することであった．下位の神経系が担う自律分散的な歩行制御則については，不整地環境にも適応可能なモデルの構築に成功している．また，上位の中枢制御と下位の分散制御系の相互作用様式については，胴体部の神経を切断した個体を用いた予備的な行動観察実験が現在進行中である．以上より，概ね当初計画に沿って順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である次年度は，これまでの行動観察実験結果から，上位の中枢制御と下位の分散制御が動的に相互作用する分散・中枢融合制御則をモデル化し，その妥当性をシミュレーション実験およびロボット実験により検証する．
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| Causes of Carryover |
今年度に検証用ロボットのプロトタイプ製作のための物品費を計上していたが，当該計画に少し遅れが生じたため，当該物品費の使用を次年度に繰り越すこととする．また，旅費については，コロナウィルス感染拡大の影響を受け出張を自粛したため，当初計画よりも使用額が下回った．当該旅費は次年度の国内学会参加等で使用予定である．
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