• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2019 年度 実施状況報告書

アリ集団の自律分散ナビゲーションに学ぶ陰的オブザーバ設計法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 18K13776
研究機関大阪大学

研究代表者

末岡 裕一郎  大阪大学, 工学研究科, 助教 (50756509)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード群ロボット / 状態推定 / メモリ機能
研究実績の概要

本研究では,自然界の蟻がフェロモンを用いて実現する環境適応的ナビゲーションの行動メカニズムを探求する.申請者は,群れ行動を実現する鍵が,フェロモンによる“重ね合わせの性質”だと気づき,重ね合わせが成り立つ物理量を群れとして共有すると,「近所でどの程度の仲間が働いているか」を推定する:陰的オブザーバを設計できると分かった.さらに,行動設計と組み合わせることで,自律分散的なナビゲーションが可能となるため,本研究では,ロボットシステムへの応用を狙い,匂いと同じ“重ね合う性質”を持つ物理メディア:音,光を題材として,シミュレーション解析・実機検証を通じて,それぞれの物理メディアに適したメモリ機能の設計法と陰的オブザーバ設計法を提示することを目的に研究を進める.
本年度は,前年度に引き続き,フェロモンを活用するエージェント群によるシミュレーションを行い,陰的オブザーバの鍵を握るメモリ機能の設計について詳細に解析した.その結果,近所の状況を推定し,エージェント群の行動設計にうまく活かせるケースと,活かせないケースが存在することが判明し,どのように行動設計に活かすかを明らかにした.
また,実世界において,音というデバイスを用い,ロボット同士の音による推定実験に取り組んだ.主結果として,一定距離間に相手が存在するケースにおける相手の認識,および相手の状況(向き・姿勢)の認識が可能であることが分かった.さらに,音ならではの特性:回折を利用して,ロボット間に障害物が存在したとしても,相手を認識し,相手の向きや姿勢を推定できることが分かった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初に予定していた初年度の研究計画どおりに研究を進めることができている.実際の蟻の採餌行動をヒントにしたシミュレーションモデルの構築や解析を進めたことで,ロボットに実装するべき機能を明確にした.また,実世界におけるロボットデモの実験は,アイデアの妥当性だけでなく,さらなるロボット制御への応用にまで活用できる可能性が示唆された.
以下,今年度に取り組んだ実機開発について具体的に述べる.音をデバイスとして,お互いが通信できるようなロボットシステムを開発した.ロボットにはマイク,スピーカを取り付け,お互いの通信をARMマイコンを通じて処理し,パソコンで解析できるよう設計した.まず,近所にいる相手の音をどの程度聞くことができるのかといった基本的な音の拡散範囲の検証,さらには音ならではの特性を活かした実験にも取り組んだ.その結果,障害物を超えた位置にいる,相手の存在に気づき,また相手の状況(向きや姿勢)を推定できることに気づいた.そして,音という物理量は,その性質上,多数の大雑把な状況推定よりも,少数の正確な推定向きであることに気づいた.来年度は,光を用いた実機実験も実施予定であり,最終的には音や光という物理メディアに応じた状態推定システム法の確立を狙う.

今後の研究の推進方策

最終年度は2つのアプローチから研究を進めていく予定である.
1.機械学習に基づくメモリ機能に対するボトムアップ的構築
2.音・光デバイスを用いた陰的オブザーバ設計原理の検証
我々の目的である,ロボット群の協調した群行動の実現に向けて,お互いどのような状況を知ることが効率的な群行動の実現にふさわしいのか,機械学習によるアプローチによって調べる.このアプローチにより,相手のどのような状況を推定することが良いのか知ることができるため,陰的オブザーバのより一般的な理論への拡張が期待できる.また,それらにて構築した理論を具体例として,実機実験にて検証していく.音や光を用いることで,それぞれによる陰的オブザーバ設計をどのように実現し,いかにロボット行動制御へ応用していくか調べていく予定である.

次年度使用額が生じた理由

本年度は,研究目的に対して,少数のロボットを用いた実機実験を行い,アイデアを具現化する際の足がかりを作ることに注力した.来年は台数を増やした実機実験を予定しているため,そのための費用として使用する.

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Analysis of push-forward model for swarm-like collective motions2019

    • 著者名/発表者名
      Sueoka Yuichiro、Sato Yuto、Ishitani Makihiko、Osuka Koichi
    • 雑誌名

      Artificial Life and Robotics

      巻: 24 ページ: 460~470

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s10015-019-00548-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Statistical Exploration of Distributed Pattern Formation Based on Minimalistic Approach2019

    • 著者名/発表者名
      Sueoka Yuichiro、Tahara Takamasa、Ishikawa Masato、Osuka Koichi
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: 31 ページ: 905~912

    • DOI

      https://doi.org/10.20965/jrm.2019.p0905

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Constructive approach on swimming of scallop (Experimental verification of the effect of mantle property on swimming)2019

    • 著者名/発表者名
      OKADA Mitsuki、SUEOKA Yuichiro、NAKANISHI Daisuke、OSUKA Koichi
    • 雑誌名

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      巻: 85 ページ: 19-00151

    • DOI

      https://doi.org/10.1299/transjsme.19-00151

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Analysis of Mobile Control Method for Group Agents Motivated by Sheepdog Shepherding2019

    • 著者名/発表者名
      TSUNODA Yusuke、SUEOKA Yuichiro、WADA Teruyo、OSUKA Koichi
    • 雑誌名

      Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers

      巻: 55 ページ: 507~515

    • DOI

      https://doi.org/10.9746/sicetr.55.507

    • 査読あり
  • [学会発表] Sheepdog-type robot navigation: Experimental verification based on a linear model2020

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Tsunoda, Yuichiro Sueoka, Teruyo Wada, Koichi Osuka
    • 学会等名
      2020 IEEE/SICE International Symposium on System Integration
    • 国際学会
  • [学会発表] 捕食者からの逃避戦略の学習で紐解く群れ行動の獲得2020

    • 著者名/発表者名
      末岡裕一郎,石谷槙彦,沖本将崇,南裕樹,大須賀公一
    • 学会等名
      第25回自律分散システム・シンポジウム
  • [学会発表] 遠心力による車輪径可変ロボットの提案2020

    • 著者名/発表者名
      武部直人,末岡裕一郎,重吉比呂,大須賀公一
    • 学会等名
      第25回自律分散システム・シンポジウム
  • [学会発表] マルチエージェント強化学習で切り拓く群れ行動の獲得2020

    • 著者名/発表者名
      末岡裕一郎,石谷槙彦,南裕樹,大須賀公一
    • 学会等名
      第7回制御部門マルチシンポジウム
  • [学会発表] 尾ビレのしなり感覚に基づく魚型ロボットの遊泳制御2020

    • 著者名/発表者名
      野瀬文晶,末岡裕一郎,中西大輔,大須賀公一
    • 学会等名
      第7回制御部門マルチシンポジウム
  • [学会発表] 環境に応じたターゲット探索行動の機械学習的アプローチ2020

    • 著者名/発表者名
      沖本将崇,末岡裕一郎,石谷槙彦,大須賀公一
    • 学会等名
      第7回制御部門マルチシンポジウム
  • [学会発表] Exploration of role division in ant-like foraging for dynamic food source switching2019

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Sueoka, Koichi Osuka
    • 学会等名
      ALIFE 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] One approach to implicit observer: estimation of subpopulation in foraging by ants-like colony2019

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Sueoka, Koichi Osuka
    • 学会等名
      AMAM 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimetal study on sensing fin pressure to achieve distributed control of a fish-type swimming robot2019

    • 著者名/発表者名
      Fumiaki Nose, Yuichiro Sueoka, Daisuke Nakanishi, Koichi Osuka
    • 学会等名
      SICE 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Demonstration of swarm alignment behavior by distributed acoustic robots2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoha Kida, Yuichiro Sueoka, Koichi Osuka
    • 学会等名
      Swarm 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of sheepdog-type navigation for minimal sheep model2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Tsunoda, Makihiko Ishitani, Yuichiro Sueoka, Koichi Osuka
    • 学会等名
      Swarm 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 磁石結合・分離機構を搭載した非自走型群ロボットによる協調行動の実現2019

    • 著者名/発表者名
      重吉比呂,末岡裕一郎,木田友葉,角田祐輔,大須賀公一
    • 学会等名
      第63回自動制御連合講演会
  • [学会発表] ヒレ型遊泳ロボットに向けたワイヤ駆動型飛び移り座屈機構の提案2019

    • 著者名/発表者名
      花原健太郎,野瀬文晶,末岡裕一郎,中西大輔,大須賀公一
    • 学会等名
      第63回システム制御情報学会研究発表講演会
  • [学会発表] 音の到達時間差を活用した群ロボットの整列行動の実機検証2019

    • 著者名/発表者名
      木田 友葉,末岡 裕一郎,大須賀 公一
    • 学会等名
      第37回日本ロボット学会学術講演会
  • [学会発表] 非線形なシープドッグシステムにおける安定性解析2019

    • 著者名/発表者名
      石谷槙彦,末岡裕一郎,角田祐輔,大須賀公一
    • 学会等名
      第37回日本ロボット学会学術講演会
  • [学会発表] 飛び移り座屈を用いた魚ロボットの遊泳速度向上を目的とした駆動機構の開発2019

    • 著者名/発表者名
      中西大輔,小林将也,末岡裕一郎
    • 学会等名
      2019 JSME Conference on Robotics and Mechatronics

URL: 

公開日: 2021-01-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi