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2011 Fiscal Year Research-status Report

自律的制御機構の進化に基づく生物行動の分析と生成

Research Project

Project/Area Number 23560280
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

山本 雅人  北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (40292057)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 古川 正志  北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (70042091)
鈴木 育男  北海道大学, 情報科学研究科, 助教 (40422026)
Project Period (FY) 2011-04-28 – 2014-03-31
Keywords人工生命 / 進化型計算 / ニューラルネットワーク / 中枢パターン生成器
Research Abstract

本申請課題は,実際の物理環境を再現した高速なシミュレーション環境において,仮想生物の自律的制御機構の最適化にもとづき,実際の生物に近い行動を創発させることで生物行動創発の理解を目的とするものである.平成23年度では,主に,(1)仮想生物のモデリングと高速な近似流体環境計算を内蔵したシミュレーションを行う統合ソフトウエアの開発と,(2)生物の周期的行動の基礎となる中枢パターン生成器(CPG)の振る舞いの分析,を行った.(1)については,ほぼ統合ソフトウエアの開発を完了し,仮想生物のモデリングとシミュレーションがシームレスに実行でき,かつ,仮想生物への自律的制御機構の付与や進化計算手法の適用が可能となる機能を開発した,仮想生物の行動シミュレーションを高速に行える環境を整えた.特に,水中や空中などの流体環境においては,移動する物体にかかる抗力計算を高速に行う手法を確立し,高速なシミュレーションを可能とした.(2)については,CPGのパラメータを最適化することにより仮想生物の行動生成を行い,パラメータが行動に与える影響についても検証した.また,CPGを用いなくとも人工ニューラルネットワーク(ANN)の結合重みの最適化のみで周期的行動を生成できることも確認した.これらの成果を踏まえて,仮想筋肉を用いた魚モデルの遊泳行動生成やサラマンダーモデルの歩行・遊泳行動生成を行った.さらに,複合的で複雑な行動生成を行うための基礎として,複数の単純な行動を同一の自律的制御機構によって獲得可能であることを実験によって示した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の予定であった水中や空中の流体環境での影響を高速に計算する機能を加えたモデリングとシミュレーションの統合ソフトウエアをほぼ完成したこと,および,生物の周期的行動の基礎となる中枢パターン生成器のパラメータ特性について検証できたこと,の理由による.

Strategy for Future Research Activity

今後は,今年度に得られた研究成果から,より複合的で複雑な行動生成のための方法論を確立するために,複数の自律的制御機構である人工ニューラルネットワーク(ANN)を組み合わせる方法について検討する.特に,仮想生物の状況や知覚入力に応じて複数のANNを切り替えるタイミングや,複数のANNの出力を混合する方法について具体的な生物の行動生成問題を扱い検証を行う予定である.その際,今年度得られたCPGとANNのみによる周期運動生成の効率を比較しながら研究を進めていく予定である.

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

次年度使用額は,平成23年度経費を効率的に使用した結果生じた残額で研究成果発表や資料収集のための旅費として使用させていただくとともに,研究成果公表のための論文別刷代や英文校閲料などにも使用させていただく予定である.

  • Research Products

    (19 results)

All 2012 2011

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (15 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Behavior Emergence of Virtual Creature Living in Complex Environments2011

    • Author(s)
      Kenji Iwadate, Ikuo Suzuki, Masahito Yamamoto, Masashi Furukawa
    • Journal Title

      Artificial Life and Robotics

      Volume: vol.16, No. 2 Pages: 185-189

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] "Behavior Composed" for Artificial Flying Creature2011

    • Author(s)
      Masashi Furukawa, Mokoto Morinaga, Ryosuke Ooe, Michiko Watanabe, Ikuo Suzuki, and Masahito Yamamoto
    • Journal Title

      Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics

      Volume: 5 Pages: 838-845

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 複合型ビヘイビアによる円環構造弾性ロボットの自律行動獲得2011

    • Author(s)
      米陀 佳祐,鈴木 育男,山本 雅人,古川 正志
    • Journal Title

      精密工学会誌

      Volume: 77 Pages: 476-482

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Control of water flow to avoid twining of artificial seaweed2012

    • Author(s)
      Jun Ogawa, Ikuo Suzuki, Masahito Yamamoto, Masashi Furukawa
    • Organizer
      The Sixteenth International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 17th ’12)
    • Place of Presentation
      ビーコンプラザ(別府市)
    • Year and Date
      2012.1.19
  • [Presentation] Study on evolution of the artificial flying creature controlled by neuro-evolution2012

    • Author(s)
      Ryosuke Ooe, Ikuo Suzuki, Masahito Yamamoto, Masashi Furukawa
    • Organizer
      The Sixteenth International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 17th ’12)
    • Place of Presentation
      ビーコンプラザ(別府市)
    • Year and Date
      2012.1.19
  • [Presentation] 多様性のある人工生物の形態創発を目的とした進化の性質の解析2011

    • Author(s)
      萬谷 和之, 鈴木 育男, 山本 雅人, 古川 正志
    • Organizer
      2011年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      金沢大学(金沢市)
    • Year and Date
      2011.9.21
  • [Presentation] 仮想物理環境におけるバッタモデルの姿勢制御を考慮した跳躍動作の獲得2011

    • Author(s)
      梅村 裕太, 鈴木 育男, 山本 雅人, 古川 正志
    • Organizer
      2011年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • Place of Presentation
      金沢大学(金沢市)
    • Year and Date
      2011.9.21
  • [Presentation] Behavioral Acquisition of Complicated Locomotion for Artificial Elastic Robot using Decentralized Behavior Composed2011

    • Author(s)
      Keisuke Yoneda, Ikuo Suzuki, Masahito Yamamoto and Masashi Furukawa
    • Organizer
      The 11th European Conference on Artificial Life
    • Place of Presentation
      Cite Internationale Universitaire de Paris (France)
    • Year and Date
      2011.8.9
  • [Presentation] Virtual Fluid Environment on Behavior Ability for Artificial Creature2011

    • Author(s)
      Keita Nakamura, Ikuo Suzuki, Masahito Yamamoto, Masashi Furukawa
    • Organizer
      The 11th European Conference on Artificial Life
    • Place of Presentation
      Cite Internationale Universitaire de Paris (France)
    • Year and Date
      2011.8.11
  • [Presentation] ANIBOT - Animation Robot for A-Lfie2011

    • Author(s)
      Masashi Furukawa, Michiko Watanabe, Ikuo Suzuki and Masahito Yamamoto
    • Organizer
      IADIS International Conference Computer Graphics, Visualization, Computer Vision and Image Processing 2011
    • Place of Presentation
      Aran Mantegna Hotel (Italy)
    • Year and Date
      2011.7.24
  • [Presentation] 複合型タスクに対する多自由度ロボットの自律移動行動の形成2011

    • Author(s)
      米陀 佳祐,鈴木 育男,山本 雅人,古川 正志
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2011
    • Place of Presentation
      岡山コンベンションセンター(岡山市)
    • Year and Date
      2011.5.27
  • [Presentation] 様々な形態的特徴を持つ人工生物に対する自律行動アニメーション生成2011

    • Author(s)
      岩館 健司, 鈴木 育男, 山本 雅人, 古川 正志
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2011
    • Place of Presentation
      岡山コンベンションセンター(岡山市)
    • Year and Date
      2011.5.27
  • [Presentation] 蝶の飛行制御におけるANNの汎化能力に関する研究2011

    • Author(s)
      大江 亮介, 鈴木 育男, 山本 雅人, 古川 正志
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2011
    • Place of Presentation
      岡山コンベンションセンター(岡山市)
    • Year and Date
      2011.5.27
  • [Presentation] 多様性のある人工生物の形態創発に関する研究2011

    • Author(s)
      萬谷 和之, 鈴木 育男, 山本 雅人, 古川 正志
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2011
    • Place of Presentation
      岡山コンベンションセンター(岡山市)
    • Year and Date
      2011.5.27
  • [Presentation] 仮想物理環境におけるバッタモデルの跳躍行動の獲得2011

    • Author(s)
      梅村 裕太, 鈴木 育男, 山本 雅人, 古川 正志
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2011
    • Place of Presentation
      岡山コンベンションセンター(岡山市)
    • Year and Date
      2011.5.27
  • [Presentation] 仮想流体環境が人工生物の行動知能創発に及ぼす影響2011

    • Author(s)
      中村 啓太, 鈴木 育男, 山本 雅人, 古川 正志
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2011
    • Place of Presentation
      岡山コンベンションセンター(岡山市)
    • Year and Date
      2011.5.27
  • [Presentation] 弾性バネによって運動する人工生物の遊泳行動獲得2011

    • Author(s)
      福本 晃宏, 鈴木 育男, 山本 雅人, 古川 正志
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2011
    • Place of Presentation
      岡山コンベンションセンター(岡山市)
    • Year and Date
      2011.5.27
  • [Presentation] Acquisition of Jumping Behavior on the Artificial Creature under Virtual Physical Environment2011

    • Author(s)
      Yuta Umemura, Ikuo Suzuki, Masahito Yamamoto and Masashi Furukawa
    • Organizer
      3rd International Joint Conference on Computational Intelligence
    • Place of Presentation
      Cite Internationale Universitaire de Paris (France)
    • Year and Date
      2011.10.24
  • [Book] メタヒューリスティクスとナチュラルコンピューティング2012

    • Author(s)
      古川 正志,川上 敬,渡辺 美知子,木下 正博,山本 雅人,鈴木 育男
    • Total Pages
      195
    • Publisher
      コロナ社

URL: 

Published: 2013-07-10  

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