Construction of models and analysis/design methods for molecular communication systems considering the distance between molecular robots

本研究では，分子ロボットがシグナル分子を介して周囲の分子ロボットとコミュニケーションする分子通信技術を工学応用するための基盤となる解析・設計ツールを開発することを目的とし，(1) 分子ロボット間の距離に依存した分子通信システムを解析するためのシステム論的フレームワークの構築，(2) 周波数応答特性に基づく分子通信システムの設計法の構築，および，(3) 分子通信システムが安定してタスクを達成するためのパラメタ条件の解析法の構築に取り組む．2022年度には，(1) 分子ロボット間の距離に依存した分子通信システムを解析するためのシステム論的フレームワークの構築，および，(2) 周波数応答特性に基づく分子通信システムの設計法の構築に取り組んだ．具体的には，(1) 分子通信を介したフィードバック制御理論の構築に向けて，双方向に通信可能な分子通信システムの数理モデルを構築し，分子通信システムの周波数応答特性を解析するフレームワークを提案した．特に，分子通信システムを「分子ロボット内部の反応システム」，「膜輸送システム」および「シグナル分子の拡散システム」の3種類のサブシステムに分解し，各サブシステムの伝達関数を求めることで，複素数領域・周波数領域における複雑な分子通信システムの解析を可能にした．提案したフレームワークに基づき，制御理論の手法を用いて分子通信システムの安定性・ロバスト性を解析することが可能であり，今後，分子通信システムのフィードバック制御理論の発展の基礎となることが期待される．(2) 提案したシステム論的フレームワークに基づき，各サブシステムの周波数応答特性を解析することで，分子通信システムの一般的な設計指針を得た．特に，分子通信システムの周波数応答特性を解析し，望みの仕様を満たす分子通信システムの性能を保証するパラメタ条件（通信距離や拡散係数など）を示した．

本研究では，分子ロボットがシグナル分子を介して周囲の分子ロボットとコミュニケーションする分子通信技術を工学応用するための基盤となる解析・設計ツールを開発することを目的とし，(1) 分子ロボット間の距離に依存した分子通信システムを解析するためのシステム論的フレームワークの構築，(2) 周波数応答特性に基づく分子通信システムの設計法の構築，および，(3) 分子通信システムが安定してタスクを達成するためのパラメタ条件の解析法の構築に取り組む．2022年度には，(1) 分子ロボット間の距離に依存した分子通信システムを解析するためのシステム論的フレームワークの構築，および，(2) 周波数応答特性に基づく分子通信システムの設計法の構築に取り組んだ．具体的には，(1) 分子通信を介したフィードバック制御理論の構築に向けて，双方向に通信可能な分子通信システムの数理モデルを構築し，分子通信システムの周波数応答特性を解析するフレームワークを提案した．特に，分子通信システムを「分子ロボット内部の反応システム」，「膜輸送システム」および「シグナル分子の拡散システム」の3種類のサブシステムに分解し，各サブシステムの伝達関数を求めることで，複素数領域・周波数領域における複雑な分子通信システムの解析を可能にした．提案したフレームワークに基づき，制御理論の手法を用いて分子通信システムの安定性・ロバスト性を解析することが可能であり，今後，分子通信システムのフィードバック制御理論の発展の基礎となることが期待される．(2) 提案したシステム論的フレームワークに基づき，各サブシステムの周波数応答特性を解析することで，分子通信システムの一般的な設計指針を得た．特に，分子通信システムの周波数応答特性を解析し，望みの仕様を満たす分子通信システムの性能を保証するパラメタ条件（通信距離や拡散係数など）を示した．