ネットワーク構造に着目した生体の機能発現機構解明と工学的再現

聚焦网络结构阐明生物功能表达机制及工程再现

• 批准号: 17680016
• 负责人: 倉林 大輔
• 金额: $ 12.23万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17680016/
• 关键词: ネットワーク; 非線形振動; スモールワールド; 秩序形成; 移動ロボット群; グラフ理論; 知能ロボティクス

本年度は、独立した移動体が多数存在する環境において、(1)局所的な遭遇および交渉過程によって形成されるネットワーク、および(2)移動体間の非明示的な状態量交換による編隊構造遷移、についてモデル化を行い、これらが特定の機能構造を持ちうるための条件について明らかにした。前者については、特定の機能構造としてスモールワールド型ネットワークを想定し,偶発的・局所的な相互作用によるネットワークの時間発展を確率モデルにより定式化した上で,ネットワークの頂点となる移動体によって操作可能な変量に対する,大域的ネットワーク特徴量の変化について定式化した.これによって,パラメタ空間に対する機能構造発現可否分岐の解析を可能とするとともに、自律分散的に状況へ適応する局所通信網を実現可能とした.旧来の研究では、数学的に理想化された環境で、移動体の不連続なジャンプを仮定してモデル化が進められていたが、本研究では確率モデルとグラフ理論上の知見から解析を初め、連続的に動作を続ける独立移動体間の局所的な相互作用によって形成されるネットワークを、自律移動体の分散的適応動作によって機能構造を発現させるモデル化に成功した。後者では、集団移動体モデルにおける自律的移動方向決定アルゴリズムと非線形振動子による調和行動を動的に切替え可能とするシステムを実現した.各個体に非線形振動子を割り当て,外部からのセンサ入力と振動子間の同期関係を解析することにより、振動子間の位相差によって群れ形状の遷移を可能とした。これは、移動体集団の置かれた環境に関する情報を位相に圧縮して相互作用を及ぼしあうことに相当し、本研究成果の工学的応用手法として期待できる。小型の自律型移動ロボットを用いた実験によって、本手法の妥当性と有効性を示した。

今年，在存在许多独立移动体的环境中，我们将重点关注（1）通过局部相遇和谈判过程形成的网络，以及（2）由于我们建模的移动体之间状态量的隐式交换而形成的结构转变。这些并明确了它们具有特定功能结构的条件。对于前者，我们假设小世界网络作为特定的功能结构，使用概率模型制定由于偶然和局部交互而导致的网络时间演化，然后创建一个可以由移动对象操作的模型我们制定了全局网络特征相对于各种变量的变化的公式。这使得分析参数空间中函数结构表达的分叉以及自主分散成为可能。这使得实现能够适应各种情况的本地通信网络成为可能。在之前的研究中，是通过假设数学理想化环境中移动物体的不连续跳跃来进行建模的，在本研究中，我们将分析由以下方式形成的网络。我们利用概率模型和图论知识，对持续运行的独立运动体之间的局部相互作用进行了建模，并利用自主运动体的分布式自适应行为构建了功能网络的表达。在后一种情况下，我们实现了一个系统，可以在集体运动体模型中的自主运动方向确定算法和使用非线性振荡器的协调行为之间动态切换。为每个个体分配一个非线性振荡器，并为每个个体分配一个非线性振荡器通过分析振荡器之间的同步关系，我们能够根据振荡器之间的相位差来改变群体的形状。这相当于将一组移动体的环境信息压缩成相并相互交互，有望成为该研究成果的工程应用方法。我们通过使用小型自主移动机器人的实验证明了该方法的有效性和有效性。

项目成果

周期的計測信号を利用した移動ロボット群の狭領域通過行動

使用周期性测量信号的移动机器人群的窄区域通过行为

• 发表时间: 2006
• 期刊: 計測自動制御学会第35回制御理論シンポジウム予稿集
• 作者: 倉林大輔;下根孝章;舩戸徹郎
• 通讯作者: 舩戸徹郎

Emergent Transportation Networks by Considering Interactions between Agents and their Environment

考虑智能体与其环境之间的交互的新兴交通网络

• 发表时间: 2007
• 期刊: Advanced Robotics 21 (12)
• 作者: Daisuke Kurabayashi;Katsunori Urano;Tetsuro Funato
• 通讯作者: Tetsuro Funato

Autonomous Transition of Transportation Network by Interactions between Agents and an Environment

通过智能体与环境之间的交互实现交通网络的自主转变

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc.IEEE Int.Symp.Computational Intelligence in Robotic and Automation
• 作者: Daisuke Kurabayashi;Katsunori Urano;Tetsuro Funato
• 通讯作者: Tetsuro Funato

構造的性質に基づく振動子網の挙動制御

基于结构特性的振荡网络行为控制

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本ロボット学会学術講演会予稿集
• 作者: 舩戸徹郎;奈良維仁;栄松良太;倉林大輔
• 通讯作者: 倉林大輔

Development o structure-mediated Behavior Selector Using Osccillator Network

使用振荡器网络开发结构介导的行为选择器

• 发表时间: 2007
• 作者: Tetsuro Funato;Daisuke Kurabayashi;Masahito Nara;Hitoshi Aonuma
• 通讯作者: Hitoshi Aonuma