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ムカデが示す歩行・遊泳間の遷移現象から解き明かす生物の適応的運動機能の発現機序

研究課題

研究課題/領域番号 17J01042
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 制御・システム工学
研究機関東北大学

研究代表者

安井 浩太郎  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2019年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードムカデ / 運動パターンの遷移 / 多脚ロコモーション / 水陸両用ロコモーション / 運動制御 / センサフィードバック / 数理モデル / ロボット / 大自由度制御 / 自律分散制御 / 数理モデリング
研究実績の概要

ムカデ(Scolopendra subspinipes mutilans)は,陸上においては脚運動により歩行する一方で,水中では胴体の屈曲運動により遊泳する.こうした振る舞いは,脚や胴体といった身体部位に有する多数の自由度の協調パターンを巧みに変化させることで実現されている.本研究では,このムカデが示す環境適応的な運動パターン生成に着目し,その発現機序を明らかにすることで,生物が有する柔軟な運動制御の本質に迫ることを目的とした.
以下,最終年度の研究実績について報告する.本年度は,ムカデの歩行・遊泳間の遷移現象に内在する運動制御構造をより深く理解すべく,前年度までの行動学的知見に加え,身体中央部で前後の神経接続を切断した個体を用いて陸上と水中での振る舞いを観察する実験に取り組んだ.その結果,脳などの上位中枢からの運動指令は,歩行には必ずしも必要ではないが,遊泳には不可欠であることが示唆された.この新たな知見に基づき,本年度は上位中枢指令とローカルな接地感覚情報に基づくフィードバック制御が有機的に連関した運動制御モデルを再構築し,歩行・遊泳間の遷移現象,および神経切断時の振る舞いをシミュレーション実験により再現することに成功した.本研究成果は,ムカデの環境適応的な運動生成メカニズムの本質理解に大いに資するものであり,工学においても水陸両用ロボットの制御系設計に有益な知見を与えるものと期待される.以上より,本研究課題の目的は概ね達成されたと考えている.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] EPFL(スイス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Ottawa(カナダ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Decoding the essential interplay between central and peripheral control in adaptive locomotion of amphibious centipedes2019

    • 著者名/発表者名
      K.Yasui, T.Kano, E.M.Standen, H.Aonuma, A.J.Ijspeert and A.Ishiguro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1038/s41598-019-53258-3

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 胴体の屈曲と伸縮を巧みに切り替えて移動するゴカイに内在する自律分散制御則2020

    • 著者名/発表者名
      菅野健, 安井浩太郎, 加納剛史, 石黒章夫
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 環境に呼応して足並みが柔軟に変化する多脚ロボットの脚間協調制御則2020

    • 著者名/発表者名
      高野俊輔, 安井浩太郎, 加納剛史, 小林亮, 石黒章夫
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 足並みの疎密波の向きを適応的に改変可能な多脚ロボットの開発2019

    • 著者名/発表者名
      高野俊輔, 安井浩太郎, 早瀬友美乃, 福原洸, 加納剛史, 小林亮, 石黒章夫
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 脚運動と胴体の屈曲運動の協調が可能なゴカイ型ロボットの開発2019

    • 著者名/発表者名
      昆野巧実, 安井浩太郎, 福原洸, 加納剛史, 石黒章夫
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 足場の滑りやすさに応じた歩行運動を創発可能な6脚ロボットの自律分散制御2019

    • 著者名/発表者名
      須田渉, 安井浩太郎, 福原洸, 加納剛史, 石黒章夫
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Understanding flexible motor control mechanism by studying amphibious locomotion of centipedes2019

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Yasui
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Decentralized control scheme for adaptive body-limb coordination in centipede walking2019

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Yasui, Kazuki Furukawa, Akira Fukuhara, Takeshi Kano, Akio Ishiguro
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 環境変化に呼応して足並みが柔軟に変化するムカデの脚間協調メカニズム2019

    • 著者名/発表者名
      高野俊輔, 安井浩太郎, 福原洸, 加納剛史, 石黒章夫
    • 学会等名
      第25回創発システム・シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ムカデの適応的ロコモーションに内在する制御構造の数理モデル2019

    • 著者名/発表者名
      安井浩太郎, 加納剛史, Emily M. Standen, 青沼仁志, Auke J. Ijspeert, 石黒章夫
    • 学会等名
      日本数理生物学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 脚運動と胴体の屈曲運動の協調が可能なムカデ型ロボットの自律分散制御2019

    • 著者名/発表者名
      古川 和貴,安井 浩太郎,福原 洸,加納 剛史,石黒 章夫
    • 学会等名
      第31回自律分散システム・シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ムカデの歩行・遊泳間の遷移に内在する自律分散制御則2019

    • 著者名/発表者名
      安井 浩太郎,古川 和貴,加納 剛史,Emily Standen,青沼 仁志,石黒 章夫
    • 学会等名
      第31回自律分散システム・シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 胴体の屈曲運動を活用する自律分散型ムカデロボットの開発2018

    • 著者名/発表者名
      古川和貴,安井浩太郎,加納剛史,石黒章夫
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Decoding Flexibility of Motor Control Underlying Amphibious Locomotion of Centipedes2018

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Yasui
    • 学会等名
      The 15th International Conference on the Simulation of Adaptive Behavior (SAB2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ムカデが足並みの疎密波の向きを変えるメカニズム2018

    • 著者名/発表者名
      安井浩太郎,菊池和気,加納剛史,黒田茂,青沼仁志,早瀬友美乃,小林亮,石黒章夫
    • 学会等名
      第30回自律分散システム・シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 東北大学電気通信研究所石黒・加納研究室

    • URL

      http://www.cmplx.riec.tohoku.ac.jp/jp/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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