Development of Controllable Myoelectric Arm Prosthesis Based On Electronic Motion Coordination and Reflex Action

令和4年度は、リザバー計算系のネットワークの複雑さと計算性能に関する解析、未確立であったリザバーネットワークの設計方法について理論的検討、および表面筋電をリザバー出力と見做した前腕運動推定能力の評価を行った。複雑さをネットワークのモチーフ構造の多様性と解釈し、多様性につながるパラメータとして平均距離とクラスター係数に着目し、リザバー計算による時系列推論性能を評価した。物理実装を想定し実現可能なノード数20を仮定したリザバー層の解析により、その計算性能はネットワークトポロジにはほとんど依存しない一方で、辺密度には大きく依存し密度が高いほど計算性能に優れることが計算機実験で見出され、物理リザバーを構成するネットワークの設計指針が得られた。前腕の表面筋電をリザバーノード出力と見做したリザバー計算系による手の運動推論を試みたところ、活動電位波形そのものの線型結合では推論精度が低いという結果となった。改善策として、シナプス積分発火に倣い活動電位の積分波形の利用を着想し、積分回路を実装した系を構築した。積分波形の線型結合で手の運動の学習を試みた結果、期待通り推論性能が向上した。これにより随意運動の高精度推論が可能になった。独自の粘菌型最適化電子システム電子アメーバとして新たに迷路探索システムを実現した。生物粘菌に学んだ探索メカニズムであるが、瞬時に最短経路を発見可能である。さらに最短経路が寸断された場合は速やかに次の最短経路を見つけ出すことも実証した。さらに電子アメーバの挙動観察から、生物粘菌の様々な計算能力は代謝と身体変形機構の階層構造における関与する階層の組み合わせとリンクしている可能性があることがわかった。この点については今後検証を行う必要がある。

令和4年度は、リザバー計算系のネットワークの複雑さと計算性能に関する解析、未確立であったリザバーネットワークの設計方法について理論的検討、および表面筋電をリザバー出力と見做した前腕運動推定能力の評価を行った。複雑さをネットワークのモチーフ構造の多様性と解釈し、多様性につながるパラメータとして平均距離とクラスター係数に着目し、リザバー計算による時系列推論性能を評価した。物理実装を想定し実現可能なノード数20を仮定したリザバー層の解析により、その計算性能はネットワークトポロジにはほとんど依存しない一方で、辺密度には大きく依存し密度が高いほど計算性能に優れることが計算機実験で見出され、物理リザバーを構成するネットワークの設計指針が得られた。前腕の表面筋電をリザバーノード出力と見做したリザバー計算系による手の運動推論を試みたところ、活動電位波形そのものの線型結合では推論精度が低いという結果となった。改善策として、シナプス積分発火に倣い活動電位の積分波形の利用を着想し、積分回路を実装した系を構築した。積分波形の線型結合で手の運動の学習を試みた結果、期待通り推論性能が向上した。これにより随意運動の高精度推論が可能になった。独自の粘菌型最適化電子システム電子アメーバとして新たに迷路探索システムを実現した。生物粘菌に学んだ探索メカニズムであるが、瞬時に最短経路を発見可能である。さらに最短経路が寸断された場合は速やかに次の最短経路を見つけ出すことも実証した。さらに電子アメーバの挙動観察から、生物粘菌の様々な計算能力は代謝と身体変形機構の階層構造における関与する階層の組み合わせとリンクしている可能性があることがわかった。この点については今後検証を行う必要がある。