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ACT-RとPOMDP理論に基づく統合的な認知アーキテクチャの構築とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 22K12195
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分61040:ソフトコンピューティング関連
研究機関佐賀大学

研究代表者

伊藤 秀昭  佐賀大学, 理工学部, 教授 (20345375)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
キーワード確率的情報処理 / ACT-R / POMDP / 認知アーキテクチャ / Physical RPA
研究開始時の研究の概要

本研究ではヒトの様々な「考える」能力および認識能力・行動決定能力を統合的に実現でき、理論的基盤がしっかりしていて工学的に応用しやすい認知アーキテクチャを構築する。具体的には、統合的な認知アーキテクチャとして知られるACT-Rを部分観測マルコフ決定過程(POMDP)理論に基づいて定式化し直す。そして近年研究の進んでいる高性能な最適化手法を用いてその解法を実装する。またフィジカルRPAという実問題に応用し、構築したアーキテクチャの有用性を明らかにする。

研究実績の概要

本研究の目的は、認識能力・行動決定能力・認知能力の全てを統合的に実現でき、理論的基盤がしっかりしていて工学的に応用しやすい認知アーキテクチャを構築することである。具体的には、統合的な認知アーキテクチャとして知られるACT-Rを部分観測マルコフ決定過程(POMDP)理論に基づいて定式化し直すこと、そして近年研究の進んでいる高性能な最適化手法を用いてその解法を実装すること、またフィジカルRPAという実問題に応用し、構築したアーキテクチャの有用性を明らかにすることを目的としている。
そのために、初年度の計画として、POMDP理論に基づいてACT-Rを定式化し直し、新たな認知アーキテクチャを構築すること、そして、計算機上の数値実験により提案手法の性能を確かめることを計画していた。具体的には、認識能力と行動決定能力だけを備えた既存の手法と、それに加えて認知能力を備えた提案手法とを比較し、提案手法の優位性がどれほどであるかを明らかにすることを計画していた。
今年度は、ACT-Rを定式化し直して計算機上に実装する作業を進めた結果、AlphaZeroによる実装ができ、学会発表をすることができた。また、POMDP理論に基づいた定式化に関する論文を発表することができた。しかし、まだ実装を完了させることができておらず、既存手法との比較実験も行えていないため、これらは次年度に行いたい。また、フィジカルRPAへの応用のため、その要素技術の開発を進めた。その結果、ヒューマノイドロボットの二足歩行、重なった紙の認識、紙と紙以外の物体の両方を把持できるロボットハンドなどの要素技術について研究を進めることができ、論文発表や学会発表をすることができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

「研究実績の概要」欄に記した通り、初年度の計画がまだ完全に達成できていないため。遅れている理由は学内で重い他業務があったためであり、研究内容に問題が発生しているわけではない。

今後の研究の推進方策

研究内容に問題が発生しているわけではないので計画通り研究を進める。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Using Particle Representation of Beliefs in an AlphaZero-Based Reinforcement Learning Algorithm for Partially Observable Environments2024

    • 著者名/発表者名
      Itoh Hideaki, Kihara Yuta, Fukumoto Hisao, Wakuya Hiroshi
    • 雑誌名

      革新的コンピューティング・情報・制御に関する速報

      巻: 18 号: 03 ページ: 219

    • DOI

      10.24507/icicel.18.03.219

    • ISSN
      1881-803X
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reinforcement Learning of Bipedal Walking Using a Simple Reference Motion2024

    • 著者名/発表者名
      Itahashi Naoya, Itoh Hideaki, Fukumoto Hisao, Wakuya Hiroshi
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 14(5) 号: 5 ページ: 1803-1803

    • DOI

      10.3390/app14051803

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] AlphaZero-based reinforcement learning for selecting procedural rules in ACT-R2024

    • 著者名/発表者名
      Eguchi Shogo, Itoh Hideaki, Fukumoto Hisao, Wakuya Hiroshi
    • 学会等名
      Proceedings of the 29th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 2024), pp. 236-239
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Physical RPAのための重なった紙のエッジ検出2023

    • 著者名/発表者名
      内村 巴大,伊藤 秀昭,福本 尚生,和久屋 寛
    • 学会等名
      IEEE主催2023年度第1回学生研究発表会予稿集, IEEE_IM-S23-02, pp. 3-4
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Physical RPAのための静電吸着式ロボットハンドの開発2023

    • 著者名/発表者名
      林田 敢汰,伊藤 秀昭,福本 尚生,和久屋 寛
    • 学会等名
      IEEE主催2023年度第1回学生研究発表会予稿集, IEEE_IM-S23-03, pp. 5-6
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Acquiring biped locomotion controllers using reinforcement learning and reference motion2023

    • 著者名/発表者名
      Naoya Itahashi, Hideaki Itoh, Hisao Fukumoto, Hiroshi Wakuya
    • 学会等名
      Proceedings of the 28th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 2023), pp. 429-433
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Developing an electroadhesive robot hand for grasping various objects including a sheet of paper2023

    • 著者名/発表者名
      Kanta Hayashida, Hideaki Itoh, Hisao Fukumoto, Hiroshi Wakuya
    • 学会等名
      Proceedings of the 28th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 2023), pp. 512-515
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Recognizing stacked sheets of paper using an RGB-D camera for physical RPA2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Uchimura, Hideaki Itoh, Hisao Fukumoto, Hiroshi Wakuya
    • 学会等名
      Proceedings of the 28th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 2023), pp. 790-793
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヒューマノイドロボットのための動作模倣システムの改良2022

    • 著者名/発表者名
      石井 晴信,伊藤 秀昭,福本 尚生,和久屋 寛
    • 学会等名
      第24回日本知能情報ファジィ学会九州支部学術講演会予稿集, pp. 12-15
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 部分観測マルコフ決定過程におけるbelief構造を利用したAlphaZeroアルゴリズムの開発2022

    • 著者名/発表者名
      開 智志,伊藤 秀昭,福本 尚生,和久屋 寛
    • 学会等名
      第24回日本知能情報ファジィ学会九州支部学術講演会予稿集, pp. 8-11
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 模倣報酬を用いた強化学習による二足歩行コントローラの獲得2022

    • 著者名/発表者名
      板橋 直哉,伊藤 秀昭,福本 尚生,和久屋 寛
    • 学会等名
      第24回日本知能情報ファジィ学会九州支部学術講演会予稿集, pp. 2-7
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 圧力センサを使用した描画ロボットの開発2022

    • 著者名/発表者名
      二宮 慶生,伊藤 秀昭,福本 尚生,和久屋 寛
    • 学会等名
      IEEE主催2022年度学生研究発表会予稿集, IEEE_IM-S22-11, pp. 21-22
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      https://www.ace.ec.saga-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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