生物行動理解のための人工物-生物閉ループ系の構築

摘要

近年，生物が持つ特有の能力が注目され，それらを人工システムに応用する研究が多数進められている．生物は，種に応じて特異な能力が備わっており，その能力を人工物に適用する上で，まず生物の振舞いそのものを理解することが重要である．ほとhどの場合，行動実験の結果を統計処理することにより行動理解がなされ，行動モデルが構築される．しかし，この場合，実装する人工物と生物とのスケール差や感覚器（センサ）系統の応答速度差が全く考慮されていないため，モデルを搭載した人工物は生物ほどの能力を発揮することは難しい．そこで，本研究では，実装する人工物の動特性を考慮した生物システムのモデル化を行うことを目指す．この実現のためには，コントローラである生物がプラントである自律移動体を制御する閉ループ系を構築する必要がある．これを「人工物-生物閉ループ系」と呼ぶ．従来研究における人工物-生物閉ループ系には，昆虫が操縦者として地上走行型ロボットを制御するものがある[1]．この系では，昆虫は行動を決定するコントローラと外界の情報を取得するセンサとして用いられており，昆虫が行動した結果が地上走行型ロボットの駆動系に反映され，ロボットが移動する構造となっている．この場合，センサとその処理系に関しては生物のものを用いているため，人工物の動特性すべてを考慮できていない．そのため本研究では，生物に計測系·処理系·駆動系すべてを人工物で構成した自律移動体を制御させる系を構築する．つまり，行動計測装置に固定されている生物は，機械身体を借りることにより目的とする行動を行い，タスクを遂行する．本研究では，工学的難問である匂い源探索に注目し，その能力を持つ昆虫であるカイコガが自律移動体である小型ドローンを制御し，匂い源探索に成功したので報告する．