2014 Fiscal Year Annual Research Report
網羅的視野から解き明かす四脚動物の多様な歩容の発現機序
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25709033
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大脇 大 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (40551908)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 四脚動物 / 歩容遷移 / CPGモデル / 身体特性 / 基本モード / 力学構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
四脚動物は，状況依存的に多様な運動パターン（歩容）を発現するため，生物の多様な振る舞いの発現機序を解明する上で適切なモデル生物である．この機序解明を目指した研究は多数存在するが，それらは単一の歩容や限られた歩容間の遷移のみを議論していた．その結果，個別論的な考察に終始し，多様な歩容の発現発現機序の理解を阻害していた．申請者は，この現状を打破するために全く逆方向のアプローチを採る．すなわち，網羅的な視野から四脚動物が発現する多様な歩容の発現機序の体系的理解を目指す．具体的には，あらゆる歩容を再現可能なロボットを構築することを通して，四脚ロボットの身体構造および制御系の設計論構築を目指す．
H26年度は，前年度に再現生の低かった歩容を中心に，前後の脚構造の非対称性などを考慮した機構系の再設計を行った．さらに，単一の歩容の再現のみならず，歩容遷移過程に内在する力学構造についての議論を行った．
ハイスピードカメラによる3次元動作解析装置を用い，歩容遷移過程の実時間データを計測し解析を行った．特異値分解（SVD）を用いた解析の結果，歩容遷移過程には4つの基本モード（trot，pronk，bound，pace）が内在し，その寄与度に応じて歩容遷移（walk→trot→canter→gallop）が発現していることが分かった．本結果は最終年度の歩容発現機序の体系的理解のための重要な結果である．
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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
非対称な歩容（canter, transverse gallop, rotary gallop）が歩容遷移過程に発現していることを明らかにした．さらに，特異値分解（SVD）を用いた解析から，(1) 歩容遷移の背後には4つの基本モード（trot，pronk，bound，pace）が内在していること，(2)これらのモード間相互作用により多様な歩容が発現していること，を明らかにした．この結果は最終年度の歩容発現機序の体系的理解のための重要な知見となる．
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| Strategy for Future Research Activity |
以下のの2つのアプローチを採用し，網羅的な視点から歩容生成の本質的な要因に関して身体構造および制御則の両側面から考察する： (1)Schonerらと同様に数学の群論を用い，歩容の対称性と非対称性に着目することで，身体構造を含めたモデルにおける歩容の生成機序の解明を試みる．(2)情報理論のTransfer entrophyを用い，歩容生成のための神経的および身体を介した力学的な「情報の流れ」を定量化することで，身体構造および制御系の設計論を構築する．さらに，真の環境適応性を有する歩容生成のために，推進に寄与する推進方向の反力をも積極的に活用する脚間協調モデルの構築を試みる．
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| Causes of Carryover |
歩容遷移に関する実機実験および動作計測・解析が順調に進んだため，消耗品費を中心に次年度に繰り越した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
最終年度においては，ロボットの完成度を高めるための消耗品費として使用するとともに，四脚動物の歩容生成機序の統一的理解に向けたより精緻なデータ計測のための3軸床反力計測装置を導入するなど，物品費として使用する計画である．
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