2023 Fiscal Year Research-status Report
マイクロロボットとしての単細胞生物ゾウリムシの空間適応行動アルゴリズムの定式化
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23K11251
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| Research Institution | University of the Ryukyus |
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Principal Investigator |
國田 樹 琉球大学, 工学部, 准教授 (20645478)
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2023-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 単細胞生物 / 学習能 / 空間適応 / ゾウリムシ / 膜電位動態 / 数理モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、自律行動型マイクロロボットが未知の空間形状に適応しながら移動できる空間適応行動アルゴリズムの設計を目指し、自然が作り出した自律移動型マイクロロボットである単細胞生物の空間適応行動アルゴリズムを運動方程式で表現することを目的としている。具体的には、単細胞生物ゾウリムシの空間形状への適応行動をターゲットに、その行動を細胞の物理化学的な反応に基づく運動方程式で表現することが目標である。
この目標達成のために、研究を3段階に分けて遂行している。第１段階は、ゾウリムシがL字型経路の曲がり角を一回の行動反応で曲がれない場合に形状に適した新たな行動を生み出すかを空間適応能試験により検証する段階である。第２段階は、その適応行動の保持期間がどれだけかを短期記憶能試験により検証する段階である。第３段階は、膜興奮ダイナミクスと運動ユニットを組み合わせて空間適応能を運動方程式で記述する段階である。
2023年度は、上述の第１段階の基礎となる実験および第３段階の基礎となる運動ユニットのモデル構成を遂行した。第１段階の基礎実験では、ゾウリムシが自由遊泳空間で障害物に衝突した場合の典型的な行動応答の実験調査、L字型経路の試作と試行実験を実施した。障害物衝突時の典型行動は主に3つに分けられ、それら行動を簡易的な数理モデルで再現した。それら結果を論文にまとめ、国内学会の欧文誌に投稿した。第３段階のモデル構成では、クラミドモナスの3次元遊泳モデルを基盤に、ゾウリムシの繊毛運動に基づく3次元遊泳モデルを構成した。ゾウリムシの自由遊泳時の3次元的な螺旋遊泳を再現できた。
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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
当初の計画通り、本研究を遂行する基盤となる実験環境を試作した。また、2025年度以降の実験の基盤となるゾウリムシの典型行動を実験的に確認し、論文にまとめることができた。さらに、今後のモデルの基盤となる運動ユニットのモデル構成を行い、ゾウリムシの自由遊泳時の行動を再現できた。以上のことから、おおむね当初の計画通りに進行していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、研究の基盤となる実験データの収集を中心に研究を遂行する。具体的には、L字型容器中でのゾウリムシの行動を観察し、I字型容器中での行動との違いを確認する。実験的研究の成果をまとめ、生物系もしくは生物物理系の国内学会で研究発表を行う。
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| Causes of Carryover |
解析用ノートパソコンと実験容器作成用機器については、値上がりによって当初予算を20万円上回った。一方で、学会旅費20万円については別予算で支出でき、人件費24万円については適任者が見つからず雇用できなかった。総合して、20万円程度の次年度使用額を生じることになった。今後、円安による論文の校閲費や掲載費の増大が見込まれるため、それら費用に次年度使用額をあてる計画である。
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