| 研究課題/領域番号 |
17KK0109
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
大脇 大 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40551908)
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| 研究期間 (年度) |
2018 – 2020
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| キーワード | Motion Hacking / 筋電気刺激 / 昆虫 / 脚間協調 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，ナナフシの神経生理学的，動物行動学的研究，ならびにその知見を用いたモデル化，ロボットへの適用に関して高い業績を上げている研究機関であるBielefeld大学(独)において，申請者が提唱している「運動へのシステム工学的介入による生物の適応メカニズムの解明」というアプローチを発展させる.具体的には，昆虫自身の感覚運動機能を残存させた状態で，筋への電気刺激により，脚の運動をハッキングする方法論(Motion Hacking法)を確立し，介入者の意図どおりに脚の運動を変化させたときの昆虫自身の神経系による脚間協調過程を観察することで，その背後に隠れた「ロジック」を明らかにする.
Motion Hacking法確立のため，申請者が主として筋への電気刺激装置の開発を担当する.Volker Durr教授(海外共同研究者)からは，対象昆虫(ナナフシ)の行動神経学的知見に基づき，同刺激装置を用いた筋への刺激法(電極の位置，太さなど)を検討し助言をいただき，試行錯誤を通して筋の選択的制御法を確立するための実験を共同で行う. Volker Durr教授は，生物学，計算論的神経動物行動学を専門とする研究者であり，昆虫(ナナフシ)の適応的な移動能力の解明を目指した研究をを精力的に遂行しており，海外共同研究者として適任である.
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
初年度に得られた筋刺激時間-生成トルクの間の線形関係に基づく生成トルクモデルを構築した．初年度において計測した，20個体でのさまざまなPWM信号に対する生成トルクデータを用いて，刺激―トルク特性のモデルのパラメータを推定した．パラメータの推定に階層ベイズモデルを用いることより，ナナフシの個体差によらないトルク制御モデルの構築を行った．その結果，個体依存のパラメータと個体によらないモデルパラメータの存在を確認した．
歩行中の筋刺激による運動への介入実験を行った．歩行中のさまざまなタイミングで筋を電気刺激することで，脚運動ならびに脚間協調に与える影響を解析するデータを取得した．解析手法として，位相応答解析を用いることで，歩行中の運動介入が脚歩行周期に与える影響について検証した．
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| 今後の研究の推進方策 |
①2019年度に得た無負荷状態のでmotion hackingによる運動生成データに対して，刺激-トルク特性に基づくトルク入力と順運動学計算により，ナナフシの身体の力学的筋粘弾性特性の推定を行う．
②2019年度に得た，歩行中のmotion hackingデータに基づき，位相応答解析により昆虫の脚間協調メカニズムを明らかにすることを試みる．初年度に得た刺激-トルク特性，①の身体の力学的特性の知見を統合することで，脚間協調の背後の「ロジック」の解明を試みる．
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