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確率的制御に基づくゾウリムシロボットの開発

基于随机控制的草履虫机器人的研制

基本信息

批准号：
18656077
负责人：
石渡信吾
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

制御回路単体の実験では1/10のSN比でも適温相当の微弱なセンサー信号を検出可能であるが、昨年度、この条件ではフィールドでの走行実験は十分な結果を示せなかった。しかし、現実のゾウリムシでも1匹では同程度の探索能力しか見いだせず、この結果は否定的なものではない。そこで条件を緩和して、数分の1程度のSN比で、再度パラメータの最適化を図ったところ、明確な走性行動をはじめて示すことができた。実験では光センサーによる光走性を試したが、光源を移動させても、新たな光源に向かう様子を観測でき、変動環境に対する追従性も確認することができた。なお、これまでは左右の走行系を2回路独立に制御する方式であったが、単細胞生物であるゾウリムシを徹底的に模擬するために、1回路での制御を新たに試みた。これはゾウリムシの繊毛逆打ちと泳ぎの螺旋運動によるランダムな方向変換に関する知見に基づいている。さらに、ゾウリムシの適応、すなわち適温のメモリ効果については、温度センサーを用いた回路実験で実現できたが、光走性系のロボットへの実装には至らなかった。以上、ゾウリムシの走性行動を模擬することで、強ノイズ下で動作し得る自律探索型ロボットの基本形を構築することができた。実際のゾウリムシについて確率共鳴の効果を検証しようと試みたが、弱い刺激に対する緩和時間が15秒程度と非常に短く、明確な効果を確認することはできなかった。そこで、走性行動の数理モデルを作り、数値シミュレーションでその効果を確認した。強ノイズ下では無限の感度を有するより、有限の感度による閾値応答の方が適温探索に有利であることを示した。一方、確率共鳴に基づいた制御系の応用として、ON-OFF制御系への導入を試み、温度制御やバランス制御、ロボットハンドでの有効性を示すことができた。今後、生物システム模倣の観点から、ノイズを積極的に利用した本制御系の工学的応用が期待できる。

The control loop unit is 1/10 SN ratio, the appropriate temperature is relatively weak, the signal is possible, the previous year, the condition is opposite, the operation is opposite, the result is shown. The result of the experiment is that the ability to explore is different from the ability to explore. The conditions are relaxed, the SN ratio is increased, the optimization is improved, and the behavior is improved. The light source is moving, the light source is moving, and the light source is moving. The left and right running systems are controlled independently in a 2-loop manner, and the single cell biology is controlled in a 1-loop manner. The spiral motion of the swimming pool is related to the change of direction of the swimming pool. In addition, it is suitable for the temperature control, and operation of the circuit. The above is a description of the basic structure of the autonomous exploration model. In practice, it is necessary to verify the effect of resonance. The relaxation time of weak stimulus is about 15 seconds. The time is very short. The effect is confirmed. The results of mathematical analysis and numerical analysis of the behavior of the system are confirmed. Under strong pressure, there is no limit to the sensitivity, no limit to the sensitivity, no threshold value, and no limit to the temperature. The basic control system of one party, the accuracy of resonance, the introduction of ON-OFF control system, the temperature control, the stability of the system, and the stability of the system. In the future, biological system simulation will be actively utilized and the engineering application of this system will be expected.