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生化学反応ネットワークのトポロジベースト制御

Publicly Offered Research

Project AreaDevelopment of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
Project/Area Number 15H00814
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

東 俊一  京都大学, 情報学研究科, 准教授 (40420400)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords制御工学 / ブーリアンネットワーク / 構造的安定性 / ネットワーク / 分子ロボット / 生化学反応ネットワーク / 制御
Outline of Annual Research Achievements

分子ロボットの制御における最大の特徴は,生化学反応ネットワークで構成された制御対象を,生化学反応ネットワークに実装されたアルゴリズムで制御しなくてはならない点にある.しかしながら,一般に生化学反応ネットワークのダイナミクスは,「ネットワークトポロジ」と「要素ダイナミクス」(各化学物質の反応係数)の2つで定まるが,前者の情報は比較的容易に(たとえばデータベースから)入手できる反面,後者の情報を得る のは前者と比べてかなり難しい.それゆえ,分子ロボットの制御においては,未知の要素ダイナミクスに対し,ネットワークトポロジの情報だけを用いて制御する枠組み,すなわち「トポロジベースト制御」の設計論が必要となる.そこで,本課題では,分子ロボットの制御基盤として,生化学反応ネットワークのトポロジベースト制御の設計論を確を目指した.

本年度得られた成果は以下の通りである.
(1)トポロジベースト制御のためには,カクタス構造とよばれるネットワーク構造が鍵となることを発見し,要素ダイナミクスによらず,振動的となる場合(構造的振動性),平衡点を2個有する場合(構造的双安定性)に対し,トポロジー条件をを得た.特に,ネットワーク構造を構成する「単純閉路の個数」,「単純閉路の長さ」,「抑制辺の偶奇性」で特徴づけられることを解明した.
(2)カクタス構造を持たないシステムを等価的にカクタス構造に変換できるための条件とアルゴリズムを開発した.

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Structural Monostability of Activation-Inhibition Boolean Networks2016

    • Author(s)
      S. Azuma, T. Yoshida, and T. Sugie
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Control of Network Systems

      Volume: 3 Issue: 2 Pages: 179-190

    • DOI

      10.1109/tcns.2015.2485440

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Designability of Multi-Attractor Boolean Networks with a Fixed Network Structure2016

    • Author(s)
      S. Azuma, T. Yoshida, and T. Sugie
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      Volume: E99.A Issue: 1 Pages: 423-425

    • DOI

      10.1587/transfun.E99.A.423

    • NAID

      130005115280

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] カクタスブーリアンネットワークの構造的n平衡点安定性2017

    • Author(s)
      久禮,東,杉江
    • Organizer
      第4回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2017-03-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Structural Bistability Analysis of Boolean Networks2016

    • Author(s)
      S. Azuma, T. Kure, and T. Sugie
    • Organizer
      55th IEEE Conference on Decision and Control
    • Place of Presentation
      米国ラスベガス
    • Year and Date
      2016-12-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カクタスブーリアンネットワークの構造的双安定性2016

    • Author(s)
      久禮,東,杉江
    • Organizer
      第59回自動制御連合講演会
    • Place of Presentation
      北九州
    • Year and Date
      2016-11-10
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 有向グラフのカクタス可拡大条件2016

    • Author(s)
      4.久禮,東,杉江
    • Organizer
      第3回制御部門マルチシンポジウム
    • Place of Presentation
      南山大学(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2016-03-04
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural Bistability of Boolean Networks: A Necessary and Sufficient Condition for 8-Shaped Boolean Networks2015

    • Author(s)
      T. Kure, S. Azuma, and T. Sugie
    • Organizer
      The First International Symposium on Swarm Behavior and Bio-Inspired Robotics
    • Place of Presentation
      京都大学百周年時計台記念館(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-10-28
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2015-04-16   Modified: 2018-03-28  

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