群体性藻類型自己組織化による自律素子群体の合目的的挙動生成

本研究では，新陳代謝可能な人工システムの実現を志向し，群体を形成する生物が持つ自律分散的な構造体自己形成およびその合目的的制御手法の解明を行う．具体的には，ボルボシン藻類と総称される，単細胞から約１万の多細胞の間で多様な細胞数構成を取る藻類を対象とし，その制御システムとしての群体形成・維持と鞭毛を用いた群体行動の自己組織的制御手法を明らかにする．本研究では，ボルボシン藻類のうちゴニウムを主な題材にとり，（１）ボルボシン藻類の挙動観測システムの構築，（２）個体および群体における遊泳動作の状況依存的応答のモデル化，（３）個体応答と群体の合目的的行動生成の調和システム解析，（４）エッジ情報処理としてのロボット実装，の４項目を相補的に実施し目的の達成を図る．令和４年度は（１）の整備をはかりつつ（２）を実施し，（３）についての予備的検討を行った．具体的には以下の通りである．（１）では，デジタル３自由度光学顕微鏡システムを導入し，AI画像処理技術との併用により光刺激入力に対する遊泳動態を観測可能とする計測システムを構築した．（２）では，刺激入力・行動出力の関係をゴニウムの鞭毛挙動に基づくダイナミクスへ適用し，条件・状況依存的な行動出力変動のモデル化を行った．（３）では，生物学分野におけるボルボシン藻類に関する知見を参照しながら，推定された制御システムが実現可能となるために合理的と思われる群体内相互作用について，状態の位相縮約に基づいて構成的に検討を行い，数理的なモデルを獲得した．

本研究では，新陳代謝可能な人工システムの実現を志向し，群体を形成する生物が持つ自律分散的な構造体自己形成およびその合目的的制御手法の解明を行う．具体的には，ボルボシン藻類と総称される，単細胞から約１万の多細胞の間で多様な細胞数構成を取る藻類を対象とし，その制御システムとしての群体形成・維持と鞭毛を用いた群体行動の自己組織的制御手法を明らかにする．本研究では，ボルボシン藻類のうちゴニウムを主な題材にとり，（１）ボルボシン藻類の挙動観測システムの構築，（２）個体および群体における遊泳動作の状況依存的応答のモデル化，（３）個体応答と群体の合目的的行動生成の調和システム解析，（４）エッジ情報処理としてのロボット実装，の４項目を相補的に実施し目的の達成を図る．令和４年度は（１）の整備をはかりつつ（２）を実施し，（３）についての予備的検討を行った．具体的には以下の通りである．（１）では，デジタル３自由度光学顕微鏡システムを導入し，AI画像処理技術との併用により光刺激入力に対する遊泳動態を観測可能とする計測システムを構築した．（２）では，刺激入力・行動出力の関係をゴニウムの鞭毛挙動に基づくダイナミクスへ適用し，条件・状況依存的な行動出力変動のモデル化を行った．（３）では，生物学分野におけるボルボシン藻類に関する知見を参照しながら，推定された制御システムが実現可能となるために合理的と思われる群体内相互作用について，状態の位相縮約に基づいて構成的に検討を行い，数理的なモデルを獲得した．