計算トポロジーを活用したアクティブマター集団の誘導的自己組織化の構築

• 研究課題/領域番号: 24K22309
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分61:人間情報学およびその関連分野
• 研究機関: 大分大学
• 研究代表者: 末谷 大道 大分大学, 理工学部, 教授 (40507167)
• 研究分担者: 高見 利也 大分大学, 理工学部, 教授 (10270472) ; 赤穗 昭太郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 上級主任研究員 (40356340) ; 本武 陽一 一橋大学, 大学院ソーシャル・データサイエンス研究科, 准教授 (80848672)
• 研究期間 (年度): 2024-06-28 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2025年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2024年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: アクティブマター / 計算トポロジー / 自己組織化 / 適応・進化

研究開始時の研究の概要

本研究では、群れ運動の形態的特徴を動画像データから捉えるための方法として、パーシステントホモロジーを使用し、群れのバルク的な構造やフィラメント同士の大域的な形態を定量化する。さらに、群れの制御に関する数学的原理として、拘束付き自己組織化理論を拡張し、群れ全体のトポロジカルな構造を制約条件として個体間の相互作用ルールを定式化する。具体的には、群れの代表的なモデルであるboidsにおける分離、整列、結合などの相互作用パラメータを調整し、個々の個体が自律的に行動しつつ、望ましい集団行動を誘導する枠組みを提案する。そして、百万規模の個体数を持つboidsモデルに適用し、理論の有効性を実証する。