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超高速運動の進化から探る身体バネの局所計算機構

研究課題

研究課題/領域番号 18K19336
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分44:細胞レベルから個体レベルの生物学およびその関連分野
研究機関東京大学 (2020-2022)
京都大学 (2018-2019)

研究代表者

加賀谷 勝史  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任研究員 (00580177)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
キーワードリザバーコンピューティング / 超高速運動 / バイオインスパイアードロボット / バイオミメティクス / 機械学習 / ベイズ統計 / 身体性 / ニューラルネット / トラッキング / レザバーコンピューティング / 引っ張り試験機 / モデリング / 生物多様性 / レザバコンピューティング
研究成果の概要

動物行動は脳だけでなく、身体、そして環境との相互作用の中で発現する。目的は、しなやかに変形する身体を中心に起きる相互作用を計算と捉え、その内容を明らかにすることである。とくに外骨格身体バネが神経筋肉系と環境と相互作用して発現する、筋肉収縮スピードを超える超高速運動の機構を明らかにすることである。対象系のモデリングをし、そこから本質的と考えられる設計を抜き出し、機構系を構築し実証する、構成論的アプローチをとった。節足動物(シャコやアギトアリ)の超高速運動機構系、タコの腕を対象に研究を展開した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

身体に embodied された機構系の進化、発生・発達がデザイナーなき自己組織化過程であることを考えると、同レベルの人工物を人類がまだつくれていないことから、本研究はその自己組織化原理解明へとつながる重要な萌芽的成果が得られたといえる。計算や情報処理というと脳を含む神経系だけが行うことと考えられがちであるが、本研究成果は身体や環境そのものが計算を行っていることを示している。生物系の観察から洞察を得るだけには止まらずに、機構系を構成して計算を現実に実行させることによってプルーフオブコンセプトを提供したという学術的意義がある。

報告書

(6件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (17件) (うち国際共著 4件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Georgia State University(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Georgia State University(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Embodied latch mechanism of the mandible to power at an ultrahigh speed in the trap-jaw ants Odontomachus kuroiwae2023

    • 著者名/発表者名
      Aonuma H., Naniwa K., Sugimoto Y., Ohkawara K. and Kagaya K.
    • 雑誌名

      Journal of Experimental Biology

      巻: - 号: 10

    • DOI

      10.1242/jeb.245396

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 環境へと開く脳・身体 —ザリガニとソフトロボットタコ腕—2022

    • 著者名/発表者名
      加賀谷 勝史
    • 雑誌名

      人工知能

      巻: 37 号: 6 ページ: 721-726

    • DOI

      10.11517/jjsai.37.6_721

    • ISSN
      2188-2266, 2435-8614
    • 年月日
      2022-11-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Instantaneous Force Generation Mechanism Based on the Striking Motion of Mantis Shrimp?Design and Control Method of Cavitation by Simulation and Experiment2022

    • 著者名/発表者名
      Ito Fumio、Ishii Yusuke、Kurumaya Shunichi、Kagaya Katsushi、Nakamura Taro
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 7 号: 4 ページ: 9342-9349

    • DOI

      10.1109/lra.2022.3190614

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Echo state property and memory in octopus-inspired soft robotic arm2022

    • 著者名/発表者名
      Kagaya Katsushi、Yu Bowei、Minami Yuna、Nakajima Kohei
    • 雑誌名

      RoboSoft

      巻: na ページ: 224-230

    • DOI

      10.1109/robosoft54090.2022.9762119

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Echo state property and memory in octopus-inspired soft robotic arm2022

    • 著者名/発表者名
      Katsushi Kagaya, Bowei Yu, Yuna Minami, Kohei Nakajima
    • 雑誌名

      RoboSoft

      巻: -

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Instantaneous force generation mechanism based on the striking motion of mantis shrimp -Analytical and experimental verification of the increase in instantaneous force using exoskeleton spring mechanism-2021

    • 著者名/発表者名
      Fumio Ito, Shunichi Kurumaya, Riki Ono, Katsushi Kagaya, Taro Nakamura
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: - 号: 4 ページ: 6678-6685

    • DOI

      10.1109/lra.2021.3094740

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Skeletonizing the Dynamics of Soft Continuum Body from Video2021

    • 著者名/発表者名
      Inoue Katsuma、Kuniyoshi Yasuo、Kagaya Katsushi、Nakajima Kohei
    • 雑誌名

      Soft Robotics

      巻: - 号: 2 ページ: 201-211

    • DOI

      10.1089/soro.2020.0110

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Individual behavioral type captured by a Bayesian model comparison of cap making by sponge crabs2020

    • 著者名/発表者名
      Harada Keita、Hayashi Naoki、Kagaya Katsushi
    • 雑誌名

      PeerJ

      巻: 8 ページ: e9036-e9036

    • DOI

      10.7717/peerj.9036

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of the Wet Market on the Coronavirus Disease (COVID-19) Transmission Dynamics in China, 2019-20202020

    • 著者名/発表者名
      Mizumoto K, Kagaya K, Chowell G.
    • 雑誌名

      Int J Infect Dis

      巻: NA ページ: 96-101

    • DOI

      10.1016/j.ijid.2020.05.091

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Early epidemiological assessment of the transmission potential and virulence of coronavirus disease 2019 (COVID-19) in Wuhan City, China, January?February, 20202020

    • 著者名/発表者名
      Mizumoto Kenji、Kagaya Katsushi、Chowell Gerardo
    • 雑誌名

      BMC Medicine

      巻: 18 号: 1 ページ: 217-217

    • DOI

      10.1186/s12916-020-01691-x

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Chromosome instability induced by a single defined sister chromatid fusion2020

    • 著者名/発表者名
      Kagaya Katsushi、Noma-Takayasu Naoto、Yamamoto Io、Tashiro Sanki、Ishikawa Fuyuki、Hayashi Makoto T
    • 雑誌名

      Life Science Alliance

      巻: 3 号: 12 ページ: e202000911-e202000911

    • DOI

      10.26508/lsa.202000911

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A general model of locomotion of brittle stars with a variable number of arms2020

    • 著者名/発表者名
      Wakita D., Kagaya K., Aonuma H.
    • 雑誌名

      Journal of the Royal Society Interface

      巻: 17 号: 162 ページ: 162-162

    • DOI

      10.1098/rsif.2019.0374

    • NAID

      120006786437

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Individual behavioral type captured by a Bayesian model comparison of cap making by sponge crabs2020

    • 著者名/発表者名
      Harada K., Hayashi N., Kagaya K.
    • 雑誌名

      PeerJ (in press)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Early epidemiological assessment of the transmission potential and virulence of 2019 Novel Coronavirus in Wuhan City: China, 2019-20202020

    • 著者名/発表者名
      Mizumoto K., Kagaya K., Chowell G.
    • 雑誌名

      BMC Medicine (in press)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Estimating the asymptomatic proportion of coronavirus disease 2019 (COVID-19) cases on board the Diamond Princess cruise ship, Yokohama, Japan, 20202020

    • 著者名/発表者名
      Mizumoto K., Kagaya K., Chowell G.
    • 雑誌名

      Euro Surveillance

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Generalized locomotion of brittle stars with an arbitrary number of arms2019

    • 著者名/発表者名
      Daiki Wakita, Katsushi Kagaya, Hitoshi Aonuma
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/616383

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] A single defined sister chromatid fusion destabilizes cell cycle through micronuclei formation2019

    • 著者名/発表者名
      Katsushi Kagaya, Naoto Noma, Io Yamamoto, Sanki Tashiro, Fuyuki Ishikawa, Makoto T Hayashi
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/607341

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] Signatures of self-organized criticality in spontaneous walking behavior of Porcellio scaber2022

    • 著者名/発表者名
      Hannah Sasaki , Katsushi Kagaya , Ryo Terajima , Kohei Nakajima , Yasuo Kuniyoshi
    • 学会等名
      The 11th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-organized criticality for dendritic readiness potential2022

    • 著者名/発表者名
      Katsushi Kagaya, Tomoyuki Kubota, Kohei Nakajima
    • 学会等名
      Workshop on Unconventional Computing
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Preliminary report of difference of memory capacity among sea and tapwater in dead octopus arm2022

    • 著者名/発表者名
      Bowei Yu, Katsushi Kagaya, Yuna Minami, Kohei Nakajima
    • 学会等名
      Workshop on Unconventional Computing
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] カイカムリの帽子づくり行動個性へのベイズ的アプローチ2021

    • 著者名/発表者名
      原田桂太, 林直輝, 加賀谷勝史
    • 学会等名
      日本動物学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Latch-mediated spring-driven movements by mantis/snapping shrimp2021

    • 著者名/発表者名
      Katsushi Kagaya
    • 学会等名
      RIMS Research Project “Mathematical Biofluid Mechanics”
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Antagonistic Drive Mechanisms to Increase Impulsive Force Inspired by Exoskeleton Spring System of Mantis Shrimp2020

    • 著者名/発表者名
      Shunichi Kurumaya , Fumio Ito , Riki Ono , Katsushi Kagaya , Taro Nakamura
    • 学会等名
      CLAWAR
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ばね駆動の超高速運動における神経、筋肉、外骨格、水の相互作用2020

    • 著者名/発表者名
      加賀谷勝史
    • 学会等名
      進化学会、進化の流体力学的側面:バクテリアから恐竜まで
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Individualities in ultrafast movement and camouflaging behavior in crustaceans2019

    • 著者名/発表者名
      Kagya K.
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Double-latch-mediated ultrafast movement in mantis shrimp2019

    • 著者名/発表者名
      Kagaya K.
    • 学会等名
      Annual Meeting of Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Compression and Extension Control of Exoskeletal Spring2018

    • 著者名/発表者名
      Katsushi Kagaya
    • 学会等名
      比較生理生化学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] 海産無脊椎動物多様性学2022

    • 著者名/発表者名
      京都大学フィールド科学教育研究センター瀬戸臨海実験所創立100周年記念出版編集委員会
    • 総ページ数
      706
    • 出版者
      京都大学学術出版会
    • ISBN
      9784814004492
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-07-25   更新日: 2024-01-30  

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