社会性昆虫に学ぶ柔軟で頑健な組織づくりと機能発現の実験的および理論的研究

社会性昆虫灵活、稳健的组织发育和功能表达的实验和理论研究

• 批准号: 20H01871
• 负责人: 西森 拓
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Meiji University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01871/
• 关键词: 社会性昆虫; 集団行動; 自己駆動系; 意思決定; 数理モデル; ants; self-propelled objects; collective behavior; mathematical model

本研究の基本目的は、1.最大数千匹におよぶアリコロニーの大域的状況(巣内の汚染など)に応じて個々のアリが適切に役割を分担し，群れ全体の維持と繁栄に必要な機能を生み出す根本機構を，理論と実験の密接な連携によって探求すること、および，2.人工の要素からなる自己駆動粒子系の集団ダイナミクスが，生き物の群れの動的性質や集団機能をどこまで模倣し得るかを探索することである。ただし、研究初年度(2020年度)および2年目(2021年度)はコロナ禍のため、測定機器の整備が十分に進まないという困難な事態が起こった。このような環境下で、以下の事項を推進した。1.アリのコロニーにおける、自律分業を定性的に説明する数理モデルとして反応閾値モデルが広く支持されてきた。2021年度から2022年目にかけて、我々は、反応閾値モデルをオリジナルなモデルから、タスク活動度分布の時間発展方程式の形に書き換えた。これによって、これまで定性的な議論にとどまっていたアリのタスク分業に関する知見、例えばコロニー分割によって発生する各アリの労働量の再編について定量的な議論へのアプローチが可能となった。並行して、オリジナルな反応閾値モデルにおける「コロニー内のアリ全てがコロニーとしての大域情報を共有する」という仮定を「情報は一定のネットワークを通じて伝搬する」と変更した際、コロニー内の情報の偏在がどのように進むかを明らかにした。2.個々の自己駆動粒子の状態が、内部で長期持続する化学反応(BZ反応)に支配され振動する状況、および、比較的単純な自己駆動粒子が、遠隔の場まで移動し、そこで化学反応によって捕獲されたのち、一定時間後、捕獲がはずれて初期位置に戻ることを繰り返す状況など、従来の自己駆動系と比較して、より生き物らしい複雑な振る舞いができる人工システムの構成に成功した。3.計測機材に関して可能な範囲内で調達を進めた。

The basic objectives of this study are as follows: 1. to explore the relationship between the maximum number of particles and the appropriate distribution of services in large areas (pollution in the environment), to explore the relationship between the necessary functions for the maintenance of the population and the fundamental mechanisms, and to explore the relationship between the theoretical and practical aspects; 2. to explore the relationship between the artificial elements and the dynamic particle system. The nature and function of biological groups are explored. In the first year of the study (2020) and the second year (2021), the equipment of the measurement machine was very difficult to improve. Under the circumstances, the following matters should be promoted. 1. The mathematical model of the separation of functions and functions is described in detail in the paper. 2021 - 2022 - 2020 - 20- This is a qualitative discussion, a qualitative discussion, a quantitative discussion, and a quantitative discussion. In parallel, the threshold value is changed from "information sharing in a large area" to "information sharing in a certain area" to "information sharing in a certain area". 2. The state of a moving particle, the long-term internal chemical reaction (BZ reaction), the control of vibration, the comparison of pure moving particles, the movement of distant fields, the chemical reaction, the capture of particles, the capture of particles, the initial position of particles, the return of particles, the comparison of particles The structure of the artificial system is successful. 3. The measurement equipment is relevant to the range of possible adjustments.

项目成果

群体数理技術検討会--新しい産学連携の試み

集团数学技术研究组--产学合作的新尝试

• 发表时间: 2020
• 期刊: 応用数理
• 作者: 山上 智輝;瀬川 悦生;田中 健一郎;巳鼻 孝朋;レーム アンドレ;堀﨑 遼一;川本敦史,吉澤真太郎,白石允梓,西森拓
• 通讯作者: 川本敦史,吉澤真太郎,白石允梓,西森拓

Collective Compensation of Task Flow by Response Threshold Dynamics

通过响应阈值动态对任务流进行集体补偿

• 发表时间: 2022
• 作者: 宮武 勇登;曽我部 知広;Hiraku Nishimori
• 通讯作者: Hiraku Nishimori

Collective motion of self-propelled camphor particles

自驱动樟脑颗粒的集体运动

• 发表时间: 2021
• 作者: 牛山 寛生;佐藤 峻;松尾 宇泰;Hiraku Nishimori
• 通讯作者: Hiraku Nishimori

Catch and Release Chemotaxis

• DOI: 10.1002/syst.202100031
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: ChemSystemsChem
• 作者: Yusuke Yasugahira;Yuki Tatsumi;Osamu Yamanaka;H. Nishimori;M. Nagayama;S. Nakata

Influence of Labor Conditions and Interaction Among Individuals on Circadian Activity Rhythms in the Ant <i>Camponotus Japonicus</i>

劳动条件和个体交互对弓背蚁昼夜活动节律的影响

• DOI: 10.20965/jrm.2021.p0582
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Robotics and Mechatronics
• 影响因子: 1.1
• 作者: Shiraishi Masashi、Odan Takumi、Yamanaka Osamu、Nishimori Hiraku、Meiji Institute for Advanced Study of Mathematical Sciences;Meiji University 4-21-1 Nakano;Nakano;Tokyo 164-8525;Japan、Department of Mathematical and Life Sciences;Hiroshima University 1-3
• 通讯作者: Hiroshima University 1-3