生体の運動計画における基本戦略とその実現アルゴリズム

生物运动规划的基本策略及其实现算法

基本信息

批准号：
18047016
负责人：
西井淳
金额：
$ 5.89万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
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

本研究では, (1)「生体はどのような運動を実現しているか」(2)「生体はどのようなメカニズムで運動を実現しているか」という問題に関する検討を行った。(1)については「生体は消費エネルギーの期待値の最小化」を図っていることを示唆する結果を腕のりーチング運動と歩行中の遊脚軌道の検討によって得た。ここで,「期待値」に対する最小化であるということは,生体は運動計画を行う際に短期的な最適化を実現する軌道を計算しているのではなく,進化や学習の長期的な時間にわたって経験的に最適な運動を獲得していることを意味する。本研究結果は異なる種類の運動の軌道がどのように決定されているかを共通の原理に基づいて説明できることを示した点で非常に意義のあるものである。(2)については,反射的な制御システムとリズム発生器が協調的に運動を学習・制御するアルゴリズムを検討し,反射とリズム発生器の両者の協調によっていずれか一方を用いた場合より外乱に強い制御を実現できることを示した。近年生体の歩行制御は反射のみで実現されているという主張がしばしばなされているが,本研究結果はリズム発生器が反射と協調的に働くことでロバスト性を大きく向上しうることを示した点で重要である。

在这项研究中，我们调查了（1）“生物体实现哪种运动？”的问题。（2）“活生物体有哪些机制实现运动？”关于（1），结果表明“活体正在最小化能源消耗的预期价值”，这是通过检查手臂安装运动和步行过程中的挥杆轨迹获得的。在这里，最小化对“期望值”意味着有机体在进行运动计划时没有计算实现短期优化的轨迹，而是在长期演变和学习时间内实现了实证上的最佳运动。这项研究的结果非常有意义，因为它表明它可以解释如何基于共同原理确定不同类型运动的轨迹。关于（2），我们研究了一种算法，其中反射控制系统和节奏发电机可以协调学习和控制运动，并表明，通过合作反射和节奏发生器，就可以实现比使用其中一个的控制更大的控制。近年来，有人认为，仅通过反思就可以实现生命体内的步行控制，但是这项研究的发现很重要，因为它表明节奏发电机可以通过与反思协同工作来大大提高鲁棒性。